Uhlíkové nanotrubice, které jsou více méně jen srolovaný grafen, mají už řadu použití, asi nejznámější je v rámci materiálů pro části kol nebo automobilů, kde lze využít vlastností jako je nízká hmotnost a vysoká pevnost.
Použití je ale mnohem širší – u solárních článků, v bateriích, u optických zařízení a také elektronice. Vědcům z univerzity Madison ve státě Wisconsin (UW–Madison) se právě v této oblasti podařil velký milník, který opět posune možnost použití uhlíkových nanotrubic v elektronice o něco blíže.
Souboj s ostříleným křemíkem
Už poměrně dlouho se uvažuje o uhlíkových nanotrubicích jako budoucím materiálu, který by mohl v čipech nahradit křemík. Roky ale ubíhají a stále tu máme čipy založené hlavně na křemíku, kterým postupně dochází dech se zmenšováním hlavního prvku – tranzistoru pod hranici deseti nanometrů.
Srolovaný Grafen je uhlíková nanotrubice (Zdroj: Wikipedia)
I když se již dříve podařilo vyrobit jednotlivé tranzistory z uhlíkových nanotrubic, při jejich vyšším počtu už docházelo k problémům a horším parametrům, než nabízí křemík. Zmíněným inženýrům se ale podařilo celý proces optimalizovat a vyrobit matici tvořenou tranzistory z uhlíkových nanotrubic s hustotou 47 nanotrubic na mikrometr.
Detail s umístěním uhlíkových nanotrubic na substrátu oxidu křemičitého
Vodivost se v takovém případě dostala na 1,7 mS na mikrometr, čímž se podařilo překonat stávající nejlepší pokus více než sedmkrát. Tato vlastnost je velmi důležitá pro zvýšení rychlosti obvodů v čipech a tím pádem zvýšení celkové efektivity v poměru výkonu, spotřeby a pochopitelně i vyzařovaného tepla. Pokud jde o srovnání se stávajícími křemíkovými tranzistory, vyrobené vzorky z uhlíkových nanotrubic zvládnou už v této fázi 1,9x vyšší proud.
První použití lze očekávat u bezdrátových čipů
Nasazení tranzistorů z uhlíkových nanotrubic by ovlivnilo různé druhy čipů, ale dle tvůrců lze nejbližší použití očekávat především u bezdrátových čipů, které jsou určené pro komunikaci a přenos dat.
Hlavním důvodem má být poměr velikosti samotného čipu a proudu, což je jedna z oblastí, kde tranzistory z uhlíkových nanotrubic mohou nabídnout výrazně lepší vlastnosti, než klasické tranzistory z křemíku.
Dle současných měření by takové tranzistory měly nabídnout až pětkrát vyšší výkon či pětkrát nižší spotřebu energie, podle toho, jaké bude cílové použití. Několikanásobně lepší parametry by tak měly umožnit poměrně rychlou revoluci v elektronice.
Hromadná výroba a komplexní čipy o krok blíže
Pomocí nové metodiky výroby, která zároveň umožňuje vyrobit velmi kvalitní strukturu uhlíkových nanotrubic, se vývoj posunul opět o něco blíže k nasazení do hromadné výroby.
Rozhodně ale nelze čekat, že se dočkáme v rámci současné nebo příští generace procesorů. Jedna věc je totiž zvládnutí hromadné výroby tranzistorů s kvalitní strukturou uhlíkových nanotrubic a druhá věc pak výroba čipů, které mají takových tranzistorů jednotky či desítky miliard. O nutnosti efektivní výroby stovky takových čipů na jednom waferů ani nemluvě.
Křemík ale rozhodně přestává stačit a čím více se budeme blížit hranicím, tím bude zesilovat snaha najít jiné řešení, které umožní další zvyšování výkonu a celkové zlepšení efektivity čipu. A my už se těch čipů na frekvenci 100 GHz nemůžeme dočkat.
Oficiální materiál k výzkumu můžete stáhnout ze stránek ScienceAdvances (PDF)
