Теги → нанотрубки
Быстрый переход

Проводимость нанотрубок можно менять путём растяжения

Российские исследователи в составе международного научного коллектива доказали возможность изменения структурных и проводящих свойств нанотрубок за счёт их специальной деформации.

Различные типы нанотрубок / НИТУ «МИСиС»

Различные типы нанотрубок / НИТУ «МИСиС»

Нанотрубки обладают высокой электропроводностью. Это делает их перспективным материалом для использования в передовых микропроцессорах, высокоточных датчиках и других электронных устройствах.

Однако сложность заключается в том, что на этапе изготовления нанотрубок очень трудно контролировать их проводимость. В рамках новой научной работы как раз и предложен способ решения данной проблемы.

В исследованиях приняли участие специалисты лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС», а также учёные из Японии, Китая и Австралии.

Идея заключается в изменении проводимости нанотрубок путём их растяжения. «Основа нанотрубки — свёрнутый слой графена — представляет собой сетку из правильных шестиугольников, в вершинах которых расположены атомы углерода. Если одну из углеродных связей в нанотрубке повернуть на 90 градусов, вместо шестиугольников на этом месте сформируются пятиугольник и семиугольник, и получится так называемый дефект Стоуна-Уэйлса. Такой дефект может возникнуть в структуре при определённых условиях», — говорят специалисты.

Процесс смены структуры нанотрубки: а) растягивание с образованием первого дефекта; b) перестройка смежных углеродных связей; с) образование новых дефектов, продолжение перестройки связей / НИТУ «МИСиС»

Процесс смены структуры нанотрубки: а) растягивание с образованием первого дефекта; b) перестройка смежных углеродных связей; с) образование новых дефектов, продолжение перестройки связей / НИТУ «МИСиС»

Исследователи доказали, что формирование всё новых и новых дефектов Стоуна-Уэйлса приводит в конечном итоге к изменению проводимости нанотрубки. Это, как ожидается, позволит расшить сферу применения нанотрубок. Подробнее об исследовании можно узнать здесь

Разработан дизайн энергонезависимой памяти DDR4 на углеродных нанотрубках

В интервью сайту EE Times исполнительный директор компании Nantero сообщил, что её специалисты завершили разработку энергонезависимой версии памяти DDR4 на основе уникальной ячейки памяти NRAM. Память NRAM компания Nantero разрабатывает свыше 15 лет. В основе ячейки лежат углеродные нанотрубки. Скорость переключения ячейки NRAM приближается к скорости работы типичной оперативной памяти. Например, скорость записи составляет 5 нс. В то же время ячейка NRAM не теряет информацию в случае пропадания питания. Сочетание скорости и энергонезависимость делают память на углеродных нанотрубках интереснейшим явлением в мире полупроводников. Интересно только одно, когда же NRAM появится на рынке?

Напомним, одной из первых выпускать микроконтроллеры со встраиваемой 55-нм памятью NRAM пообещала компания Fujitsu. Это должно было произойти в 2018 году. Руководство Nantero сообщило, что данное событие отодвинуто на 2019 год. Поскольку Nantero лишь создаёт проекты и распространяет их на основе лицензирования IP-блоков, компанию нельзя винить в задержках с производством.

Что касается разработки NRAM DDR4, то она рассчитана на выпуск с использованием техпроцесса с нормами 28 нм, что, кстати, идеально подходит для одного из стратегических инвесторов Nantero — крупнейшего в Китае контрактного производителя чипов компании SMIC (Nantero финансируется через подконтрольную SMIC структуру). На днях, что интересно, Nantero собрала очередной раунд инвестиций, получив определённую сумму от 8 компаний, 5 из которых в своё время стали самыми первыми инвесторами компании. Особенно в Nantero гордятся тем, что её разработки финансируют компании из списка 10 крупнейших в мире полупроводниковых производителей.

Память NRAM прошла заводские испытания (Nantero)

Память NRAM прошла заводские испытания (Nantero)

Массовое производство памяти NRAM DDR4 обещает оказаться не дороже выпуска памяти DRAM DDR4. Этому поспособствуют два фактора. Во-первых, возможность многослойной структуры, что напоминает структуру 3D NAND. Это позволит увеличить плотность записи без увеличения площади чипа. Во-вторых, схемотехническая реализация массива NRAM DDR4 много проще, чем массива DRAM DDR4. Например, перекрёстное строение NRAM (подобно ReRAM) требует намного меньше управляющих элементов в виде переключателей шин, чем в случае памяти типа DRAM.

Наконец, в компании сообщили, что ведутся разработки одиночных чипов NRAM для таких сфер использования, как кеширующие буферы для SSD и HDD. Также в компании подтвердили намерение проникнуть в сферу автомобильной электроники (память NRAM выдерживает экстремальные температуры без потери данных) и в сферу ИИ (без этого теперь никуда). Задел на будущее обозначен тем, что структура NRAM обещает сохранить работоспособность в случае снижения масштаба техпроцесса до 5 нм. Память NAND и DRAM подобным похвастаться не могут. Для одной и другой экономически выгодный предел производства заканчивается на 15 нм или чуть меньше.

Учёные из России выяснили, от чего зависят свойства композитных материалов

Томский государственный университет (ТГУ) сообщает о том, что российским радиофизикам удалось экспериментально доказать зависимость характеристик композитных материалов от конструкции и технологии изготовления нанотрубок.

В проекте приняли участие специалисты лаборатории терагерцовых исследований и кафедры радиоэлектроники РФФ, а также партнёры по научным исследованиям из Института катализа СО РАН.

Учёные описали электрофизические свойства композитов, в которых можно получать заданные свойства, меняя состав. Результаты работы, как ожидается, будут использованы при изготовлении композитных материалов, применяющихся в качестве защитных экранов от вредных излучений. Подбирая технологию изготовления нанотрубок и их строение, можно создать композиты тоньше, легче и дешевле уже существующих.

Дело в том, что углеродные нанотрубки используются в том числе для получения радиопоглощающих покрытий, они располагаются в связующем веществе — это эпоксидная смола, оргстекло, краска и другие. Основная задача производителей — получить эффективный материал с заданными электромагнитными свойствами.

Выводы, сделанные российскими специалистами, говорят о том, что на характеристики композитного материала значительное влияние оказывает технология приготовления, которая учитывает геометрию и размеры трубок. В частности, выбрав определённую методику изготовления композита, можно создать более тонкий материал, чтобы получить заданный эффект. 

Впервые удалось измерить электромеханические свойства тончайших нанотрубок

Исследователи из Университета ИТМО, МФТИ и Университета Авейру в Португалии совместно с коллегами из компании NT-MDT Spectrum Instruments предложили новый метод микроскопии нанообъектов. Сообщается, что учёным удалось впервые измерить электромеханические свойства нанотрубок диаметром в тысячу раз меньше человеческого волоса.

Изучение свойств нанотрубок необходимо для получения материалов с заданными характеристиками. Для этого применяют атомно-силовую микроскопию, основанную на сканировании поверхности образца с помощью специального зонда. Он представляет собой иглу с кончиком, размер которого составляет всего несколько тысячных долей микрона. При перемещении по образцу регистрируется силовое взаимодействие, что позволяет сформировать трёхмерную модель поверхности и определить электромеханические свойства объекта.

Однако в случае сканирования тончайших хрупких нанотрубок, не прикреплённых к подложке, контакт зонда с образцом может приводить к повреждению последнего. Учёным удалось решить проблему, предложив модифицированный метод атомно-силовой микроскопии: его суть заключается в том, что во время сканирования зонд перемещается к следующей точке измерения над образцом, не контактируя с ним.

Предложенный метод был опробован на нанотрубках из короткого пептида дифениаланина. Исследователи одновременно измерили упругость пептидных нанотрубок и описали, как они ведут себя в электрическом поле. Более того, специалисты впервые смогли напрямую измерить пьезоэлектрический отклик, то есть сигнал, характеризующий свойство объекта изменять размеры под действием электрического поля.

Ожидается, что предложенная технология поможет в создании новых биосовместимых материалов и миниатюрных устройств, в том числе для компьютерной отрасли. Подробнее об исследовании можно узнать здесь

Углеродные нанотрубки могут оказаться сильным канцерогеном

Углеродные нанотрубки, как известно, обладают целым рядом уникальных свойств, начиная от высочайшей прочности, в разы выше прочности стали, заканчивая высокой электропроводностью. Это делает их поистине фантастическим материалом, который должен найти применение в самых различных областях, начиная от интегральных микросхем и топливных элементов, заканчивая созданием сверхпрочных нитей (в том числе изготовление троса для космического лифта) и искусственных мышц. Однако, как и многие новые для науки материалы, он таит в себе и определенные опасности, в частности, по воздействию на организм человека и животных. Последние данные, опубликованные британским агентством медицинский исследований Medical Research Council (MRC), предупреждают нас о том, что углеродные нанотрубки могут оказаться достаточно сильным канцерогеном, по свойствам близким к асбесту.

Схематическая структура углеродных нанотрубок

Схематическая структура углеродных нанотрубок

Исследования сотрудников MRC указывают на то, что биологически устойчивые волокна, имеющие большую протяженность, приводят к возникновению серьёзных болезней лёгких, например, мезотелиомы, злокачественного новообразования развившегося из ткани, выстилающей поверхность грудной, брюшной или сердечной полости. Медикам известно, что основным фактором риска возникновения мезотелиомы является контакт с асбестом. Теперь в группе риска находится и уникальный по своим свойствам материал. Дело в том, что организму достаточно тяжело избавиться от микроскопических, химически крайне нейтральных частиц, какими и являются углеродные нанотрубки.

На данный момент учёные пока с осторожностью дают какие-либо прогнозы. Углеродные нанотрубки пока только входят в нашу жизнь, и не существует ещё статистических данных в достаточном количестве, чтобы с уверенностью говорить об их канцерогенности. Однако по своим «биологическим» свойствам они очень близки к асбесту, широко известному канцерогенному материалу, от применения которого сегодня активно отказываются. Возрастающие объёмы производства углеродных нанотрубок заставляют медиков серьёзнее относиться к этой угрозе. Разумеется, речи об отказе от производства и использования новейшего материала пока не идёт, но надо с крайней осторожностью относиться к возможным последствиям длительного контакта человеческого организма с нанотрубками. По крайней мере, до тех пор, пока не будут получены надёжные данные об их безопасности.

Российский «электронный нос» использует титановые нанотрубки

Учёные из России и Германии предложили новую технологию изготовления высокочувствительного «электронного носа» — селективного газового сенсора, который может использоваться для контроля состояния окружающей среды.

В работах, как сообщается, приняли участие исследователи Сколтеха, Саратовского технического университета и Института радиоэлектроники им. В. А. Котельникова РАН, а также специалисты Карлсруйского технологического института (Германия).

Авторы работы говорят, что идеальный газовый сенсор должен быть очень чувствительным и селективным для того, чтобы точно определять даже небольшие количества тех или иных веществ в воздухе, а также понимать тип присутствующего вещества. Однако современные решения, хотя и демонстрируют хорошую чувствительность, обладают недостаточно высокими показателями селективности. Новая разработка как раз и призвана решить данную проблему.

Cхема изготовления мультисенсорного чипа на основе массива нанотрубок диоксида титана: (a-e) обозначают соответственно титановую фольгу (а), титановую фольгу с выращенным массивом нанотрубок диоксида титана (b), выделенный массив нанотрубок (с), массив нанотрубок, помещенный на чип (d), схема мультисенсорного чипа, разваренного в 50-ти пиновый керамический корпус (е) / Сколтех

Cхема изготовления мультисенсорного чипа на основе массива нанотрубок диоксида титана: (a-e) обозначают соответственно титановую фольгу (а), титановую фольгу с выращенным массивом нанотрубок диоксида титана (b), выделенный массив нанотрубок (с), массив нанотрубок, помещенный на чип (d), схему мультисенсорного чипа, разваренного в 50-ти пиновый керамический корпус (е) / Сколтех

В основе предложенной методики лежат нанотехнологии. Учёные предложили создать сенсоры на основе упорядоченных массивов нанотрубок из диоксида титана, технология получения которых основана на использовании методов так называемой мягкой химии. Для реализации селективного определения паров газов в устройстве чувствительный материал разделён на сегменты — сенсоры, каждый из которых немного отличается по свойствам от других. Совокупность сигналов такого массива сенсоров при воздействии паров газа можно рассматривать как уникальный «отпечаток», характерный для паров каждого конкретного газа. Иными словами, предложенный «электронный нос» позволяет с высокой точностью определять содержание различных веществ.

Ожидается, что в перспективе разработка найдёт применение в системах мониторинга окружающей среды, в комплексах диагностики различных заболеваний и пр. 

Российские исследователи научились измерять углеродные нанотрубки в воде

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) разработали метод определения диаметра и длины нанотрубок и нановолокон, взвешенных в воде.

Углеродные нанотрубки и нановолокна являются очень прочным и гибким материалом с высокой электро- и теплопроводностью, по своим свойствам не имеющим аналогов. Нанотрубки применяются для создания новых функциональных материалов в виде коллоидных растворов. Например, их использование в литий-ионных аккумуляторах значительно повышает энергоёмкость, а введение небольшого количества нанотрубок в полимер делает его проводящим.

Учёные говорят, что при приготовлении и применении коллоидных растворов нанотрубок важно распределить нанообъекты однородно в объёме растворителя и предотвратить их слипание (агломерирование). От этого качества принципиально зависят свойства получаемых наноматериалов. Поэтому в промышленной технологии важно контролировать состав коллоидного раствора и уметь быстро измерять длину и диаметр цилиндрических нанообъектов и степень их агломерирования в жидкости.

Для определения диаметра и длины нанотрубок и нановолокон, взвешенных в воде, российские исследователи предлагают использовать ультразвук. Метод УЗ-спектроскопии основан на затухании волн на взвешенных в жидкости частицах благодаря вязко-упругому взаимодействию с ними. Коэффициент затухания волн зависит как от размера частиц, так и от частоты ультразвуковой волны.

«Изменяя частоту волны, получают спектр затухания, то есть зависимость коэффициента затухания от частоты. Ранее из таких измерений для коллоидов со сферическими частицами научились определять диаметр, причём довольно точно. Преимуществом этого метода является то, что коллоид не нужно разбавлять и измерения можно проводить быстро. Однако для частиц несферической формы, в частности, для длинных цилиндров простое приближение сферой не годится, и потребовалось искать другое решение. Проблема стала особенно актуальной с развитием промышленных применений коллоидных растворов с наноцилиндрами и нанопластинами», — говорят учёные.

Авторы исследования предложили измерять спектры затухания ультразвука для двух состояний коллоида с цилиндрическими наночастицами. Одно состояние — это когда наноцилиндры направлены хаотично. Второе состояние — когда наноцилиндры направлены в одну сторону и перпендикулярны направлению тестирующих ультразвуковых волн. В последнем случае затухание ультразвука зависит только от диаметра цилиндрических объектов, что позволяет его измерить независимо. Сравнивая два спектра, можно получить соотношение длины и диаметра, а зная диаметр, несложно вычислить длину.

Более подробно об исследовании можно узнать в статье Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

Углеродные нанотрубки на поток: LG Chem строит крупный завод

Благодаря ряду замечательных качеств — например, высокая прочность и отличная проводимость электронов — углеродные нанотрубки считаются сверхперспективным материалом для производства аккумуляторных батарей, микроэлектроники и других приборов. По данным компании LG Chem, до 2020 года потребность в нанотрубках во всём мире ежегодно будет расти на 10 % — с 824 тонн в 2015 году до 1335 тонн в 2020 году.

Завод LG Chem по выпуску углеродных нанотрубок в городе Йосу (LG Chem)

Завод LG Chem по выпуску углеродных нанотрубок в городе Йосу (LG Chem)

Сейчас крупнейшими заводами по производству материалов на основе углеродных нанотрубок располагают компании SUSN Sinotech в Китае (600 тонн в год), C-Nano в США (500 тонн) и Showa Denko в Японии (500 тонн). Новый завод компании LG Chem, который заработает к концу 2017 года, при выходе на плановую мощность будет выпускать ежегодно до 400 тонн углеродных нанотрубок.

Нанотрубки найдут применение в микроэлектронике

Нанотрубки найдут применение в микроэлектронике...

Предприятие LG Chem по выпуску углеродных нанотрубок строится в городе Йосу, провинция Чолла-Намдо, Южная Корея. На строительство уже затрачено порядка 25 млрд вон ($21,4 млн). На полную мощность предприятие выйдет в 2018 году. LG Chem будет располагать четвёртыми в мире по объёму мощностями для выпуска нанотрубок, что обеспечит ей полную независимость от поставщиков этого рукотворного материала. Так, например, компания LG Chem уже использует состав из нанотрубок для производства высокоэффективных электродов для аккумуляторов, потребность в которых быстро растёт на фоне развития электротранспорта.

...и в аккумуляторах для автомобилей (China Business News)

...и в аккумуляторах для автомобилей (China Business News)

Инвестиции в разработку технологий, связанных с углеродными нанотрубками, компания LG Chem начала вкладывать в 2011 году. Через два года после этого компания возвела свой первый опытный завод для выпуска нового материала с выходом продукции на уровне 20 тонн в год. В последующие годы LG Chem провела дополнительные изыскания и получила на родине и за рубежом порядка 250 патентов по данной теме. Тем самым можно утверждать, что компания создала прочный фундамент для нового вида бизнеса. В 2019 году компания планирует построить ещё одно предприятие по выпуску углеродных нанотрубок. Всё будет зависеть от рыночной ситуации на тот момент.

В 2018 году Fujitsu выпустит «флеш-память» на углеродных нанотрубках

Компании Fujitsu Semiconductor и Mie Fujitsu Semiconductor сообщили, что они приобрели лицензию на разработку и коммерческий выпуск энергонезависимой памяти на углеродных нанотрубках — NRAM. Самое примечательное в этой новости — это сроки вывода на рынок коммерческой продукции на новой и необычной основе. Производство памяти NRAM стартует уже в 2018 году!

Nantero

Nantero

На первом этапе памятью NRAM в виде блоков встраиваемой энергонезависимой памяти будут вооружаться процессоры, микроконтроллеры и другие сложные микросхемы. Будет задействован техпроцесс с нормами 55 нм с последующим переходом на 40-нм нормы производства. На втором этапе Fujitsu приступит к производству самостоятельных микросхем NRAM, после чего следует ожидать появления соответствующих энергонезависимых модулей памяти и твердотельных накопителей.

Ряд свойств NRAM намекает на то, что в будущем этот тип памяти может заменить как флеш-память, так и оперативную память DRAM. Скорость доступа к ячейке NRAM во время записи всего 5 нс, а скорость переключения и того меньше — 20 пс. Устойчивость к износу у NRAM просто колоссальная — ячейка на углеродных трубках выдерживает до 1012 циклов перезаписи.

Nantero

Nantero

Секрет повышенной надёжности кроется в сущности памяти NRAM. Ключевым слоем в ячейке является массив из сотен углеродных нанотрубок, переплетённых произвольным образом. Одно управляющее напряжение деформирует нанотрубки, в процессе чего возникает токопроводящая цепочка, а другое значение напряжения вызывает обратную деформацию, размыкающую цепь.

Nantero

Nantero

Память NRAM более 15 лет разрабатывает американская компания Nantero. В 2006 году Nantero получила патенты на технологии производства NRAM в рамках обычного КМОП-техпроцесса на кремниевых пластинах. С 2015 года техпроцесс обкатывался на реальном производстве и стал распространяться в рамках лицензирования. В настоящий момент технологией Nantero плотно интересуются 12 компаний, часть из которых являются представителями 10 крупнейших производителей памяти. Компания Fujitsu, уже имеющая богатый опыт по выпуску необычной памяти FeRAM, обещает стать первым производителем, который освоит коммерческое производство памяти на углеродных нанотрубках.

Наноматериал из Сколково может заменить оксид индия при производстве сенсорных дисплеев

Прозрачные проводящие плёнки, выполняющие роль прозрачных электродов и применяющиеся при изготовлении современных сенсорных панелей, классических жидкокристаллических мониторов/ТВ, а также при производстве OLED-дисплеев, имеют один серьёзный недостаток. В роли базового материала, из которого выполняются прозрачные проводящие плёнки, выступает легированный оксид олова (SnO2) или оксид индия (In2O). Последнее соединение отвечает всем современным стандартам производства сенсорных дисплеев, однако сложный технологический процесс при работе с оксидом индия отражается на стоимости конечной продукции.  

Заняться поиском альтернативных материалов, которые можно было бы использовать для создания ничем не уступающих по своим параметрам аналогов современных прозрачных проводящих плёнок, решили специалисты из лаборатории наноматериалов Сколковского института науки и технологий. Руководителем проекта выступил профессор Альберт Насибулин, под чьим руководством и был разработан российский наноматериал, о котором пойдёт речь ниже. 

Дмитрий Рогулин/ТАСС

Дмитрий Рогулин/ТАСС

Команда из Сколково предложила в качестве замены оксиду индия гибридный наноматериал, в составе которого значится графен и углеродные нанотрубки. Производственный цикл анонсированной разработки выглядит на данном этапе следующим образом: на плёнку из  углеродных нанотрубок наносится методом напыления покрытие из оксида графена. Далее происходит его термическое восстановление, после чего происходит легирование гибридного наноматериала хлоридом золота.

В результате проделанных манипуляций инженерам Сколтеха удалось на выходе получить исходный материал для изготовления прозрачных проводящих плёнок без использования привычного оксида индия. При этом, как утверждается в подготовленном лабораторией наноматериалов отчёте, результаты первых тестов говорят о впечатляющих оптоэлектрических и прочих свойствах полученного «гибрида».

Создан самый чёрный материал на Земле

Считается, что создание абсолютно чёрного материала, поглощающего 100 % света, невозможно, однако группе учёных из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (King Abdulla University of Science and Technology, KAUST), находящегося в Саудовской Аравии, удалось максимально приблизиться к этому значению. Изобретённый ими материал имеет полное право называться самым чёрным, так как поглощает 98–99 % световых волн в диапазоне 400–1400 нм независимо от угла поляризации, то есть на 26 % больше, чем прежние разработки на основе углеродных нанотрубок. Собственного названия у новой технологии пока нет, а вот идей для её применения уже масса — от оптических приборов до солнечных батарей.

На изобретение материала с рекордным светопоглощением учёных вдохновила сама природа. Изучив панцирь жука Cyphochilus, имеющий особенную кристаллическую структуру и вследствие этого способный рассеивать максимальное количество света в видимом диапазоне, они решили воспроизвести нечто подобное, но только с обратным эффектом.

Поверхность нового материала покрыта хаотично расположенными на ней наночастицами, состоящими из наностержней и наносфер диаметром 30 нм. Они образуют некое подобие бесконечных волноводов, практически полностью поглощающих энергию фотонов. При этом материал достаточно прост в производстве и сохраняет свои свойства как на открытом воздухе, так и в жидкой среде. Кроме того, воздействуя на него лазером, исследователи получили новый источник монохроматического излучения.

IBM взяла ещё один барьер на пути к транзисторам из углеродных нанотрубок

Летом этого года компания IBM завершила передачу двух своих заводов компании GlobalFoundries. Тем самым, помимо прочего, компания лишилась опытного производства в Ист-Фишкилл (East Fishkill), где она обкатывала разработки, относящиеся к новым техпроцессам. Также компания IBM лишилась значительной части опытных инженеров, которые теперь будут разрабатывать техпроцессы в составе GlobalFoundries. Означает ли это, что IBM больше не будет уделять R&D должного внимания? Нет, не означает. Летом прошлого года компания утвердила пятилетний план по разработкам с объёмом финансирования в 3 млрд долларов США.

Ключевым моментом плана считается переход к посткремниевой электронике. Это и поиск новых материалов, и разработка техпроцессов с нормами менее 7 нм, и создание новых транзисторов. Наиболее перспективным направлением в данном случае признаётся разработка электронных приборов с использованием углеродных нанотрубок. Углеродная нанотрубка — это свёрнутый в трубочку графен. Её стенка толщиной в один атом, что позволит приблизиться к транзисторам со структурой масштаба атомов. При этом электрические свойства углеродных нанотрубок значительно превосходят электрические свойства традиционных полупроводников на основе кремния.

На днях компания IBM сообщила, что она преодолела очередной барьер на пути к транзисторам с каналом из углеродных нанотрубок. Больным местом подобных электронных приборов оставался контакт между транзисторным каналом и токопроводящими площадками с обеих сторон канала. По мере снижения масштаба производства площадь металлических контактов тоже снижалась, что вело к увеличению сопротивления в месте соединения. Возросшее сопротивление — это потери и, в итоге, ухудшение характеристик транзисторов.

Условная конструкция транзистора на основе углеродной нанотрубки (первые CNT-транзисторы будут содержать в канале от сотен до тысяч нанотрубок))

Условная конструкция транзистора на основе углеродной нанотрубки (первые CNT-транзисторы будут содержать в канале от сотен до тысяч нанотрубок)

Для решения данной проблемы в IBM создали уникальную технологию — что-то типа химической сварки. Атомы углерода в концах нанотрубок привязываются к атомам металлов в месте контакта, чем значительно снижается сопротивление контакта. Данные об эксперименте опубликованы компанией в журнале Nature от 2 октября. По словам IBM, данная технология обещает открыть путь к техпроцессам с нормами до 1,8 нм. Компания IBM в этом году уже показала опытный чип, выпущенный с нормами 7 нм. Можно ожидать, что она в дальнейшем также продолжит данную практику. 

Японцы уменьшили размеры конденсаторов в 1000 раз

Современная электроника даже в её концентрированном виде — в качестве интегральных схем — немыслима без такого электротехнического элемента, как конденсатор. В зависимости от требуемых условий используются те или иные виды этих приборов, характеристики которых очень сильно отличаются друг от друга. Для низкочастотных цепей и для силовой электроники востребованы электролитические конденсаторы. Они отличаются высокой удельной плотностью хранения энергии и высокой выходной мощностью. Одна беда — на печатных платах «банки» электролитических конденсаторов занимают достаточно много места. Это больно ранит разработчиков компактных решений и сдерживает их фантазию.

Конденсатор на нанотрубуках в 1000 раз компактнее аналогичного по ёмкости электролитического конденсатора

Конденсатор на нанотрубках в 1000 раз компактнее аналогичного по ёмкости электролитического конденсатора

Помочь горю разработчиков взялись японские учёные. Институт AIST (Advanced Industrial Science and Technology) предложил конденсаторы, в основе которых лежат углеродные нанотрубки (CNT, carbon nanotubes). Это как активированный уголь. С виду пуговка, но своей огромной внутренней площадью капилляров активированный уголь помог спасти поутру не один страдающий организм. На электрод CNT-конденсаторов наносится несколько слоёв углеродных нанотрубок. Тем самым создаются условия для накопления энергии с высокой плотностью. Также высокая проводимость углеродных трубок обеспечивает максимальные рабочие токи, отдавая при разряде импульс с высокой мощностью.

На одной 100-мм кремниевой пластине создано 4700 конденсаторов с характеристиками, повторяющими свойства электролитических конденсатороа

На одной 100-мм кремниевой пластине создано 4700 CNT-конденсаторов с характеристиками, повторяющими свойства электролитических конденсаторов

Но главное во всём этом то, что размеры CNT-конденсаторов в 1000 раз меньше размеров их электролитических аналогов (на три порядка!). Более того, конденсаторы на нанотрубках можно выпускать на кремниевых подложках с помощью традиционной полупроводниковой литографии. Это радикально снизит себестоимость решений с сохранением всех ключевых рабочих характеристик. Монтажные платы станут меньше, электроника значительно уменьшится в размерах и сможет принимать причудливые формы. К сожалению, разработчики не ответили на главный вопрос: Когда? Будем ждать новостей. Отдельный привет военным. Идея с пушкой Гаусса может заиграть новыми красками.

Энергонезависимая память на углеродных нанотрубках проходит заводские испытания

Углеродные трубки несут с собой массу интересных возможностей для микроэлектроники. Они выдерживают высокие токи, обеспечивают электронам максимальную мобильность и даже проявляют свойства, пригодные для создания квантовых компьютеров. Главная проблема, которая стоит на пути коммерческого внедрения углеродных трубок — это сочетание традиционных техпроцессов и материалов с углеродным наноматериалом. Раствор с нанотрубками должен намертво приклеиться к подложке и не оказаться смытым в процессе травления или в ходе других операций с кремниевой пластиной, а также выдержать череду обжигов пластины по мере её обработки. Именно этими проблемами — совместимостью составов с углеродными нанотрубками применительно к КМОП-техпроцессу — занимается с 2001 года компания Nantero.

Но Nantero создаёт не «голый» техпроцесс. В компании предложили вариант энергонезависимой памяти, один из ключевых элементов которой состоит из углеродных нанотрубок. Тонкий слой из нанотрубок под воздействием управляющего напряжения может менять сопротивление от нуля до бесконечности. Минимальное сопротивление обеспечивается контактами нанотрубок между собой и управляющими электродами, тогда под воздействием внешнего импульса контакт разрывается и сопротивление скачком увеличивается. Подобная механика обещает беспрецедентную надёжность ячейки памяти NRAM. Устойчивость современной памяти NAND флеш к износу в лучшем случае достигает 30-40 тысяч циклов стирания. Память NRAM обещает выдержать до 1012  циклов перезаписи. В нашем понимании — это вечность.

Каковы перспективы? По словам разработчика, память NRAM проходит разные циклы заводских испытаний на семи заводах двух из пяти крупнейших производителей полупроводников. В принципе, это может в какой-то мере обещать выход нового типа памяти в обозримом будущем. Разработчик собирается лицензировать технологию выпуска NRAM, что откроет путь к массовому появлению новинки. Параллельно компания Nantero изучает варианты по уплотнению массивов памяти на углеродных нанотрубках, включая создание ячейки NRAM с записью нескольких бит данных (по аналогии с NAND MLC), а также прорабатывает производство монолитных 3D-структур NRAM (типа 3D NAND).

Ячейки на углеродных нанотрубках не только устойчивы к износу в процессе перезаписи, но и равнодушны к жёстким условиям окружающей среды. Холод, жара, радиация — всё это и многое другое не сможет разрушить микросхему памяти NRAM. Сообщается, например, о выносе микросхем NRAM в открытый космос в ходе одной из миссий шаттла «Атлантис». Если верить источнику, после этого память NRAM осталась работоспособной.

В России предложен способ уменьшения размера аккумуляторов на порядки

Российские исследователи разработали технологию, которая в теории позволит в десятки раз увеличить ёмкость аккумуляторов при сохранении прежних габаритов или на порядки уменьшить их размеры по сравнению с современными изделиями.

Science Picture Co./Corbis

Science Picture Co./Corbis

Авторами методики, как сообщает ТАСС, являются новосибирские учёные из Института лазерной физики (ИЛФ) СО РАН и Института неорганической химии (ИНХ) СО РАН. Технология предусматривает формирование особых покрытий с применением углеродных нанотрубок — протяжённых цилиндрических структур диаметром от одного до нескольких десятков нанометров.

«Углеродные нанотрубки обладают высокой электропроводимостью. А ёмкость конденсатора — это фактически площадь его поверхности. И когда на обычную плоскую поверхность мы наносим углеродные нанотрубки, площадь этой поверхности "развивается". Заряд накапливается на самих нанотрубках, и ёмкость (конденсатора) зависит уже от этой развитой площади», — сообщил Геннадий Грачев, один из исследователей, руководитель лаборатории мощных непрерывных лазеров ИЛФ СО РАН.

Science Picture Co./Corbis

Science Picture Co./Corbis

Суть методики сводится к тому, что на обрабатываемую поверхность направляют поток аргона с углеродными добавками, а в нём «зажигают» лазерную плазму (плазма, которая образуется под воздействием лазерного излучения). При этом на поверхности металла или кремния формируются углеродные нанотрубки.

В результате появляется возможность многократного увеличения ёмкости или сокращения размеров аккумуляторов и конденсаторов в десятки раз. В ближайшее время авторы методики рассчитывают получить патент на своё изобретение. Увы, о сроках практического внедрения технологии ничего не сообщается. 

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥