Сегодня 23 июля 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Аналитика

IT-байки: нанотрубки - будущее электроники?

В одной из наших предыдущих баек мы уже затронули тему нанотехнологий, рассказав о том, как это все начиналось. Тогда мы отметили, что началом всплеска интереса к нанотехнологиям стало открытие фуллеренов, состоящих из атомов углерода, но обладающих принципиально иными свойствами, нежели известные к тому моменту графит или алмаз. Сегодня мы более подробно остановимся на нанотрубках и их применении в наноэлектронике.
 Louie_nanotube.jpeg
Почему именно на нанотрубках? Все дело в том, что хотя фуллерены были открыты в 1970-х годах, об их практическом применении начали говорить лишь в конце 1990-х, то есть, около двадцати лет они представляли лишь академический интерес, да и сейчас перспективы внедрения фуллеренов в конечные продукты до конца не ясны. Совсем по-другому обстоят дела с нанотрубками, которые, как принято считать, были открыты в 1991 году сотрудником компании NEC Ииджимой (хотя, повторимся, первые упоминания об «одномерных» наноскопических объектах из углерода датируются аж 1952 годом). Уже спустя семь лет ученые из научно-исследовательской лаборатории IBM создали первый транзистор, представлявший два электрода из платины с нанотрубкой посередине, и в майском выпуске журнала Nature за 1998 предположили, что такой транзистор будет лучше кремниевого.
 tubefet.jpg
Гораздо более высокий интерес к нанотрубкам, нежели к фуллеренам, объясняется тем, что они намного более технологичны – с протяженными объектами легче работать, чем с наноскопическими «шариками» фуллеренов, их легче использовать в электронике или иной технике. Кроме нанотрубок, немалый интерес ученые проявляют и к открытому после них плоскому аллотропу углерода – графену. В некотором приближении графен можно считать двумерным, а нанотрубки – одномерным аллотропом углерода.
 graphene.jpeg
Однако, у нанотрубок есть одно интересное свойство – их способность проводить электрический ток зависит от хиральности. Дабы не вдаваться в излишние детали, поясним это так: вектор хиральности выражается двумя числами (n, m), определяющими направление «закручивание» графеновой плоскости вокруг оси цилиндра. В зависимости от хиральности, нанотрубки могут быть как проводниками, так и полупроводниками.
 646px-Types_of_Carbon_Nanotubes.jpg
Несколько сложнее дело обстоит с многостенными нанотрубками. В рамках одной (более распространенной) модели их структуру принято представлять несколькими одностенными нанотрубками, вложенными одна в другую, в рамках другой – многократно свернутым слоем графена. В публикации сотрудников IBM в 1998 утверждалась возможность использования как одно-, так и многостенных углеродных нанотрубок. Помимо того варианта создания транзистора из нанотрубок между электродами из платины или золота, что так любит IBM, в 2002 году был предложен иной вариант полевого транзистора – из двух скрещенных нанотрубок (тоже многостенных). А в публикации Nature Materials в 2006 году описывались синтезированные специальным образом Y-образные одностенные углеродные нанотрубки, представляющие собой готовый полевой транзистор с затвором, истоком и стоком. И, по мнению большинства экспертов, именно одностенные нанотрубки представляют больший интерес для наноэлектроники. Потому что к сегодняшнему дню уже придумано довольно много способов синтеза одностенных углеродных нанотрубок заданной хиральности, ведутся работы по разработке методик их интеграции в готовые устройства. Одностенные нанотрубки также проявляют ряд специфических свойств, которые также должны оказаться полезными для чипов будущего. Например, излучения и поглощения квантов света в активно используемом промышленностью инфракрасном диапазоне. Что касается многостенных нанотрубок, для которых порой просто невозможно определить хиральность, то на их базе могут быть созданы перспективные новые материалы, например, троса, о котором мы рассказывали в материале про конкурс NASA. Как было сказано выше, уже придумана масса способов синтеза нанотрубок заданной хиральности и, как следствие, заданной электропроводности, придуманы способы легирования нанотрубок и управления концентрацией носителей заряда p- или n-типа. Как видим, есть практически полная аналогия с тем, как это делается для обычных полупроводников – кремния, германия, арсенида и нитрида галлия, только размеры элементов полупроводниковых устройств в случае нанотрубок составляют единицы нанометров (если речь идет о диаметрах одностенных нанотрубок). Тогда как для полупроводниковых транзисторов, интегрируемых в интегральные схемы высокой плотности, на сегодня рекордным является размер 45 нм. Это, к слову, еще один аргумент против многостенных нанотрубок, обладающих сравнимым с этой величиной, и, во многих случаях, даже большим диаметром. Однако, несмотря на все свои преимущества, технология углеродных нанотрубок пока еще далека от того, чтобы быть внедренной в массовое производство. Во-первых, процент выхода готовых нанотрубок значительно ниже порога коммерческого внедрения – попросту говоря, пока что их производство слишком дорого, хотя прогресс в направлении снижения себестоимости идет семимильными шагами – в 2000 году 1 грамм одностенных углеродных нанотрубок стоил где-то 1500 долларов, в 2007 году – от 70 до 100 долларов. Во-вторых, технологии интеграции нанотрубок в готовые устройства находятся в начальной стадии разработки – именно малые размеры нанотрубок являются главным препятствием эффективного манипулирования с ними. В-третьих, до сих пор недостаточно проработаны электронные алгоритмы управления интегральными схемами на нанотрубках, которые, очевидно, будут значительно отличаться от алгоритмов работы обычных ИС. В то же время, если верить компании NEC, которой принадлежат эксклюзивные права на коммерческое использование углеродных нанотрубок, первая микросхема на их основе должна поступить в продажу уже в 2010 году. Так что ждать осталось совсем немного. Но и традиционная полупроводниковая технология не стоит на месте. Так что углеродное будущее электроники совсем не очевидно. В будущих публикациях мы обязательно расскажем о том, какие разработки ведутся в направлении улучшения свойств полупроводниковых микроэлектронных устройств. Материалы по теме: - IT-байки: нанотехнологии – Клондайк или панацея?

- Обсудить материал в конференции

 
 
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Билайн BI и Astra Linux: мощная аналитика для бизнеса теперь с гарантией безопасности и совместимости 8 мин.
Ни слова по-русски, $70 за стандартное издание и релиз в октябре: датамайнеры выяснили новые подробности Battlefield 6 47 мин.
Аркадный боевик Terminator 2D: No Fate по мотивам «Терминатор 2: Судный день» не выйдет 5 сентября — объявлена новая дата релиза 2 ч.
Конкуренция в IT не так страшна, как кажется: что показал анализ 30 тысяч вакансий 2 ч.
ИИ-обзоры Google отобрали огромную долю трафика у сайтов, показало исследование 3 ч.
SSD не нужны: OFP обещает на порядок повысить плотность All-Flash СХД и наполовину снизить расходы на инфраструктуру 3 ч.
Windows 11 получила обновлённый Copilot Vision и другие свежие ИИ-функции 4 ч.
Apple выпустила четвёртую бета-версию iOS 26 бета c доработками Liquid Glass и ИИ-сводками новостей 5 ч.
«Sea of Thieves в космосе»: игроки встретили мультиплеерный шутер Wildgate от компании сооснователя Blizzard «очень положительными» отзывами в Steam 13 ч.
Создатели Until Dawn устроили новую волну сокращений и отложили релиз нелинейного хоррора Directive 8020 13 ч.
Поддержка DDR6 начнёт внедряться в следующем году, но поставки новой памяти наладятся только в 2027-м 5 мин.
Европа стряхнула пыль с марсианского парашюта для миссии ExoMars и испытала его над Арктикой 23 мин.
Илон Маск померялся ИИ-амбициями с Сэмом Альтманом и пообещал, что xAI получит до 50 млн GPU за пять лет 29 мин.
Итальянские учёные научились идентифицировать людей по воздействию тела на сигнал Wi-Fi 34 мин.
BYD притормозила запуск сборки китайских электромобилей в Венгрии, зато ускорила в Турции 46 мин.
SpaceX раскритиковала конкурента AST SpaceMobile за опасные «теннисные корты» на орбите 51 мин.
Администрацию Трампа поймали на желании уничтожить доказательства климатических преступлений человечества 58 мин.
Электромобиль Ford Mustang Mach-E сохранил более 90 % ёмкости батареи, намотав 400 000 км пробега 3 ч.
Утёкшие рендеры раскрыли цветовые варианты смартфонов серии Pixel 10 4 ч.
Возобновление поставок ускорителей Nvidia H20 в Китай таит в себе кучу рисков и неопределённости 4 ч.