В американском Северо-Западном университете продемонстрирован работающий ключ - транзистор на основе нанотрубки - с двумя устойчивыми состояниями, пригодный для организации серийного производства нанотрубочной микроэлектроники.
Создание ключей и других электронных устройств на основе нанотрубок - не новость. С 1998 года технология транзисторов на основе нанотрубок постоянно совершенствовалась, однако до их массового производства так и не доходило. Решающий шаг в приближении эры серийного производства электроники на нанотрубках сделали американские ученые из Северо-Западного университета.
«В числе преимуществ устройств на нанотрубках можно назвать, в частности, их высокую степень интеграции (до 1012 устройств на см2), высокую тактовую частоту (до 100 ГГц), а также низкое энергопотребление (менее 10 аттоватт на элемент), - говорит сотрудник Северо-Западного университета Горацио Эспиноза (Horacio Espinosa). - Целью наших исследований является создание и практическая демонстрация бистабильного электромеханического переключателя на базе нанотрубок, пригодного для серийного производства и использования в коммерческих продуктах. Для этого необходимо решить проблемы проектирования таких устройств, их производства и тестирования».
Ключ, созданный американскими учеными, конструктивно довольно прост. Он представляет собой многослойную нанотрубку, один конец которой закреплен, а другой электростатически взаимодействует с электродом. Получить устойчиво работающий ключ можно, даже если зазор не превышает 10 нанометров.
Устройство использует туннельный принцип. Под действием приложенной разности потенциалов нанотрубка изгибается в направлении электрода с противоположным потенциалом. Когда расстояние между ними составит около 1 нм, начнется «туннелирование» носителей заряда. Вследствие наличия в цепи резистора разность потенциалов снижается до уровня, при котором нанотрубка возвращается в исходное состояние.
«Последовательно соединенный с нанотрубкой резистор играет важную роль в функционировании устройства именно в качестве бистабильного ключа, поскольку позволяет корректировать падение напряжения между нанотрубкой и электродом», - подчеркивает д-р Эспиноза.
«Среди наиболее важных особенностей нашего бистабильного туннельного устройства следует указать его масштабируемость в протяженные двумерные массивы, что необходимо для создания на их основе таких устройств, как модули памяти и логические устройства, а также совместимость с существующими технологиями серийного производства, что очень важно для по-настоящему коммерческих их применений, - отметил также он. - Все это явилось следствием уникальных конструкции и принципа действия устройства».
Использовать нанотрубочную электронику довольно выгодно, так как для дальнейшего уменьшения размеров чипов с помощью существующей схемотехники необходимо изобретать альтернативные подходы - мы уже довольно плотно приблизились к размерному пределу, где закон Мура перестанет действовать. Квантовые элементы, механические транзисторы и нанотрубки позволят продлить действие закона.
Простая конструкция ключа позволит ученым соединять ряд ключей в двумерные матрицы, которые будут использоваться для различных электронных устройств.
Следующим шагом Горацио и его коллег будет создание из матрицы ключей работоспособной логической ячейки модуля памяти. И, естественно, ученым предстоит разработать простую технологию ее серийного производства.