Onderzoekers maken nanobuistransistors die beter presteren dan die van silicium

Onderzoekers van de University of Wisconsin-Madison in de VS hebben een manier ontwikkeld om vrijwel alle onzuiverheden uit transistors met koolstofnanobuisjes te halen, waardoor een hogere elektrische ruimtestroomdichtheid haalbaar is dan in silicium- of galliumarsenidetransistors.

Met hun nieuwe techniek wisten de onderzoekers wafers van rond de 2,5 bij 2,5 centimeter groot te produceren. Een van de problemen rond het produceren van transistors van koolstofnanobuisjes, al lange tijd een kandidaat om silicium te vervangen, betreft de onzuiverheden die voorkomen in de vorm van verontreiniging met metallische nanodeeltjes die kunnen zorgen voor 'kortsluiting' tussen de koolstofnanobuisjes.

Ook is het belangrijk de koolstofnanobuisjes goed te positioneren met de juiste hoeveelheid ruimte ertussen en na vormingsprocedé het overgebleven oplosmiddel te verwijderen zonder de ligging te wijzigen. De onderzoekers wisten het polymeer dat gebruikt wordt om de halfgeleidende nanobuisjes van elkaar te isoleren, te verwijderen door de wafers te 'bakken' in een vacuüm oven. Hierdoor verkregen de onderzoekers goede geleiding tussen de nanobuisjes en elektrodes.

Het eindresultaat was dat de transistors van de onderzoekers nog slechts 0,01 procent metallische vervuiling in zich hadden. De transistor kon een elektrische ruimtestroomdichtheid halen die 1,9 keer zo hoog was als die van de 'beste siliciumtransistors van vandaag de dag' bij een vergelijkbare lading, schrijven de onderzoekers in hun artikel.

Reacties (26)

[Mic2000]

En wat betekent dit voor de eindgebruiker, lager stroomverbruik, kleinere chips?

[mad_max234]

Mosfets(transistors) hebben in de volledige aanstaan nog steeds een weerstand, noemen we de RDSon waarde. RDSon is de weerstand waarde tussen drain en source als de transistor volledig aan staat(of een waarde die ze aangeven in de test). Dat komt door onder andere het semiconductor materiaal tussen drain en source, daar zit nu dus silicon tussen die word vervuilt met P of N type doping. Deze nano tube buisjes geleiden dus beter dan silicon waardoor de RSon waarde dus lager komt te liggen.

Dus we krijgen transistors die efficiënter zijn, ze produceren minder warmte doordat er minder weerstand is in de transistor. Je kan er zuinigere of zwaardere transistors mee maken. Transistors worden op veel plekken gebruikt en veel al worden deze nieuwe technieken eerst ingezet voor losse transistors, ook finfet werd al jaren gebruikt in losse transistors en later pas in chipjes. Het is veel makkelijk om losse transistors te maken dan IC met paar miljard die ook nog eens allemaal samen moeten werken en ze betalen veel meer voor losse transistors.

[Toettoetdaan]

Heel kort door de bocht; je kunt er bijna twee keer zoveel stroom doorheen laten gaan met dezelfde warmte ontwikkeling. Wat dus ruwweg betekent dat alles wat we nu hebben twee keer zo snel zou moeten kunnen met deze technologie.

Daarnaast geeft het nieuwe mogelijkheden om verder te gaan met de wet van Moore.

[T!mothy]

In het originele artikel staat dat carbon 5 keer sneller of 5 keer zuiniger kan zijn. De praktijk zal het uitwijzen!

"Carbon nanotube transistors should be able to perform five times faster or use five times less energy than silicon transistors, according to extrapolations from single nanotube measurements."

[RobLemmens]

het is niet dat de praktijk gaat uitwijzen welke het is (sneller OF zuiniger), het is meer dat bepaalde toepassingen van de techniek ervoor zorgen dat een transistor 5x sneller kan schakelen of 5x minder doet lekken, dikke kans dat er ook varianten zijn die op beidde punten vooruitgaan maar dan niet maximaal (in het begin dan)

[T!mothy]

Ik bedoelde ook dat de praktijk zal uitwijzen of koolstof daadwerkelijk 5 keer sneller/zuiniger zal zijn, maar ik snap de verwarring

[postbus51]

Feit is met minder weerstand minder hitte welke opzich al een verhoging van de stroom gaat verlangen
Dus zuiniger maar voor al efficiënter en dan effecten die door hitte vaak een probleem vormen met de 'vervuiling' ook minder worden en daardoor een betrouwbaar proces van produceren voorstaat

[locke960]

Voorlopig nog helemaal niks. De belofte voor de toekomst is inderdaad zuiniger en sneller dan silicium. Dit vanwege de voordelen die het materiaal Koolstof bied.

Dat is echter allemaal nog vrij theoretisch omdat het in principe wel beter kan zijn, maar je moet ook nog in staat zijn om het betrouwbaar, op grote schaal en voor een goede prijs te produceren. Op al die gebieden schort het voorlopig nog, terwijl er ondertussen wel miljarden en miljarden geïnvesteerd zijn, en nog steeds worden, in de silicium techniek.

Het gaat nog wel even duren voordat we dit in consumenten elektronica terugzien.

[Reactie gewijzigd door locke960 op 25 juli 2024 10:47]

[tijnvw]

De auteurs geven hier zelf een preciezer antwoord op:
A number of challenges remain, including
- reducing hysteresis (hysterese = voltage-schakelgebied tussen 0 en 1; moest ik ook even opzoeken)
- improving device-to-device reproducibility
- reducing leakage current
- scaling contact length for both N- and P-channel FETs

However, recent successes in overcoming these challenges in single CNT and random-network CNT devices should translate well to the array CNT FETs presented here, providing an increasingly realistic pathway toward the development of CNT electronics and the application of these exceptional one-dimensional semiconductors in next-generation logic, high-speed communications, and semiconductor electronics technologies.

Kortom: er zijn inderdaad nog een aantal hordes te nemen. Echter als je bedenkt dat het verontreinigingsprobleem boven aan het lijstje stond, en met de implicaties van deze ontdekking héle grote belangen gemoeid zijn (en het R&D-budget van Intel 13 mld/jaar is; van TSMC 2,5 miljard), is gematigd optimisme wel op zijn plaats.

[koelpasta]

"- reducing hysteresis (hysterese = voltage-schakelgebied tussen 0 en 1; moest ik ook even opzoeken)"

Niet helemaal.
Hysteresis is de neiging van een systeem om in een bepaalde toestand te blijven hangen.
Wil je de toestand wisselen dan zul je extra energie moeten uitgeven om die toestand de andere kant op te krijgen. Het effect is dat het midden tussen de twee uiterste toestanden variabel is.
In het geval van een transistor betekent het dat hoever ie open is (dus hoeveel ie doorlaat/tegenhoudt) bij een bepaalde stuurstroom afhankelijk is van ofie net aan of uit stond.

[Bliksem B]

Ik denk het wel ja. Echter, kun je beter de vraag stellen wanneer dit voor de consument beschikbaar komt. Eerst moeten hiervoor een compleet nieuwe productieproces worden ontwikkeld met een stabiele afname. Met een beetje geluk kunnen we de eerste chips over 10 jaar verwachten in laptops.

[DragonGuardian]

Zouden Smartphones niet eerder aan de beurt zijn ivm de limitaties in formaat en de toegelaten hoeveelheid warmte die het apparaat mag uitstralen?

[Aikon]

Zal ongeveer tegelijk komen, want als je een chip voor een telefoon kan produceren kan je dat ook voor een laptop of server. Gezien het een nieuwe techniek is zal deze wellicht eerst in de duurdere producten komen zoals servers, als de voordelen groot genoeg zijn.

[Anoniem: 636203]

Beiden, Hopelijk ook snellere chips want we zitten nu al meer dan tien jaar vast op 3.5Ghz maximum clock rate. Ik zou graag computers zien met een 10Ghz of hopelijk hogere clock rate.

[jer123c]

Er bestaan al ondenkbare oc snelheden behaald, als ik me goed herinner iets van 7Ghz op een amd single core. Nuttig is het uiteraard niet.

[Anoniem: 304426]

Hoezo? Wat is het voordeel van een hogere clock?

[Alxndr]

In het filmpje: "Promise next generation electonics: faster less enery use..."

Ja dus

[Reactie gewijzigd door Alxndr op 25 juli 2024 10:47]

[mutley69]

Dat we de tussenstap met Gallium mogen overslaan, dat zou pas winst zijn - Gallium is nu niet echt meteen propertjes - ik denk zelfs behoorlijk giftig.

[Anoniem: 249623]

Gallium is niet giftig hoor.

[Aardappel]

De grap is dat je er een lepeltje van kunt gieten en deze bij de thee aan de visite geeft natuurlijk.

Een spoortje Ga opeten/-drinken kan geen kwaad.

[Anoniem: 310408]

Denk dat je chips met chips verwart. De ene eet je op de andere niet.

Electronica zit vol met zeer giftige materialen maar gallium is daar zeker niet een van. Kijk maar hier: https://www.youtube.com/watch?v=aolRO9eteSk

[Alex3]

Het gaat om galliumarsenide. Arseen is giftig.

[Hoppa!]

Gallium wordt regelmatig gebruikt in thermometers, in plaats van kwik, omdat het juist NIET giftig is. Je zult er geen liter van moeten drinken, maar goed, dat is met aluminium ook geen best plan.

[Kevin1Smid]

Vergeet koper en zilver niet zijn ook niet bepaald lieverdjes. Ik gebruikte vroeger altijd zilver in mijn aquarium om algen dood te maken.

[dehim]

Er wordt echter niets gezegd over schakelsnelheid.