Věda | Čipy | Výzkum

Revoluce po 20 letech: první tranzistory z uhlíkových nanotrubic překonávají křemíkové tranzistory

  • První tranzistory z uhlíkových vláken jsou lepší než tranzistory z křemíku
  • Velký milník  znamená další posun k výkonnější a úspornější elektronice
  • Problém je především v přechodu na masovou výrobu
Revoluce po 20 letech: první tranzistory z uhlíkových nanotrubic překonávají křemíkové tranzistory

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.

Klepněte pro větší obrázek
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.

Klepněte pro větší obrázek
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.

Klepněte pro větší obrázek

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)

Diskuze (16) Další článek: Novinky Aceru na vlastní oči: v nové řadě Swift si vybere každý

Témata článku: Věda, Čipy, Výzkum, Nanotechnologie, Tranzistory, Madison, Druhá věc, Vysoká pevnost, Křemík, Tranzistor, Uhlí, Zvýšení rychlosti, Velký milník, Výroba čipů, Křemíkový tranzistor, Revoluce, Zvýšení cel, Uhlík, Oxid křemičitý, Uhlíková nanotrubice, Substrát, První tranzistor, Let, Mikrometr, Nízká hmotnost


Určitě si přečtěte

49" monitor Philips 499P9H: Ať je vám doma lépe než v kanceláři

49" monitor Philips 499P9H: Ať je vám doma lépe než v kanceláři

** Nezvykle protáhlý rozměr odpovídá dvěma monitorům vedle sebe ** Barevné podání a podpora G-Sync míří nad kancelářské nasazení ** Vestavěná kamera umí přihlašování ve Windows

Tomáš Holčík | 29

Galerie: Podívejte se na čínský Linux, se kterým to na svých PC zkusil i Huawei

Galerie: Podívejte se na čínský Linux, se kterým to na svých PC zkusil i Huawei

** Huawei se loni dostal do křížku s USA ** Začal to proto zkoušet s konkurenčním operačním systémem ** Jmenuje se Deepin a před pár dny se dočkal nové verze

Jakub Čížek | 36

Ubuntu 20.04: Zase vás chce přesvědčit, že je lepší než Windows

Ubuntu 20.04: Zase vás chce přesvědčit, že je lepší než Windows

** Britský Canonical před pár dny vydal novou verzi svého Ubuntu ** 20.04 LTS zapracovalo na grafickém desktopu, rychlosti i bezpečnosti ** V nitru tepe Linux 5.4 a volitelně i nový souborový systém

Jakub Čížek | 326

Šmírování kamerami Googlu: Koukněte, co šíleného se objevilo na Street View

Šmírování kamerami Googlu: Koukněte, co šíleného se objevilo na Street View

Google stále fotí celý svět do své služby Street View. A novodobou zábavou je hledat v mapách Googlu vtipné záběry. Podívejte se na výběr nejlepších!

redakce

Podívejte se na Windows z roku 1990. Před 30 lety přišly Windows 3.0 a líbily se nám

Podívejte se na Windows z roku 1990. Před 30 lety přišly Windows 3.0 a líbily se nám

** 22. května 1990 uvedl Microsoft Windows 3.0 ** Systém z Microsoftu definitivně udělal lídra na desktopu ** Tehdejší Windows byly vlastně grafickou nadstavbou nad MS-DOS

Jakub Čížek | 65


Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest 21 grafických karet

AMD poráží Intel už i v notebooku

Jak vytvořit 3D fotky v mobilu

Nejlepší fotoaparáty do 30 000 Kč