Anglies Nanovamzdeliai Įgalina Efektyvų Energijos Vartojimą

{h1}

Daugybė anglies nanovamzdelių technologijos proveržių atspindi pažangiausius skaičiavimo ir saugojimo elementus.

Šis straipsnis už scenų buvo pateiktas „WordsSideKick.com“ bendradarbiaujant su Nacionaliniu mokslo fondu.

Miniatiūrizavimas yra pagrindinis puslaidininkių pramonės variklis, o svarbiausias nuolatinio miniatiūrizavimo elektroninėse sistemose iššūkis yra energijos efektyvumas.

„Artėjant prie Moore'io įstatymo ribų, silicį reikės pakeisti, kad būtų galima toliau miniatiūruoti“, - sakė Jeffrey Bokor iš Lawrence'o Berkeley nacionalinės laboratorijos ir Kalifornijos universiteto Berkeley mieste.

Šiuo tikslu anglies nanovamzdeliai yra reikšmingas nukrypimas nuo tradicinių silicio technologijų ir perspektyvus kelias siekiant išspręsti energijos vartojimo efektyvumo iššūkius kompiuterių schemose. Anglies nanovamzdeliai yra cilindro formos anglies nanostruktūros, pasižyminčios išskirtinėmis elektrinėmis, šiluminėmis ir mechaninėmis savybėmis. Nanotube vamzdžių grandinės galėtų pagerinti energijos vartojimo efektyvumą, palyginti su tradicine silicio technologija.

Kai 1998 m. Buvo pademonstruoti pirmieji pradiniai nanovamzdelių tranzistoriai, tyrėjai įsivaizdavo naują labai efektyvios, pažangios kompiuterinės elektronikos amžių. Šis pažadas vis dėlto dar nebuvo įgyvendintas dėl didelių medžiagų trūkumų, būdingų nanovamzdeliams, kurie inžinieriams leido pasidomėti, ar anglies nanovamzdeliai kada nors pasirodys perspektyvūs.

Tačiau per pastaruosius kelerius metus Stanfordo inžinerijos profesorių, doktorantų, bakalaurų ir aukštųjų mokyklų internų komanda, vadovaujama profesorių Subhasish Mitra ir H.-S. Philipas Wongas priėmė iššūkį. Jų darbas sukūrė daugybę proveržių, atspindinčių pažangiausius skaičiavimo ir saugojimo elementus, dar sukurtus naudojant anglies nanovamzdelius.

Atkaklūs iššūkiai

Stenfordo tyrinėtojai (doktorantai, bakalaurai, aukštųjų mokyklų studentai)

Stanfordo tyrinėtojai (doktorantai, bakalaurai, aukštųjų mokyklų internai) savo „zuikio kostiumuose“ Stanfordo nanofabrikacijos įstaigoje. Komanda sukūrė patikimą anglies nanovamzdelių technologiją, kuri galėtų įgalinti labai efektyviai energiją vartojančias skaičiavimo sistemas.

Kreditas: Subhasish Mitra, Stanfordo universiteto inžinerijos mokykla

Šios aukštos kokybės, tvirtos nanovamzdelių grandinės yra apsaugotos nuo užsispyrusių ir gadinančių medžiagų trūkumų, kurie tyrinėtojams trukdė daugiau nei dešimtmetį. Tai sudėtinga kliūtis, užkertanti kelią pramonėje plačiau naudoti nanovamzdelių grandines. Avansas yra svarbus etapas link to, ką tyrėjai vadina „labai didelio masto integruotomis sistemomis“, pagrįstomis nanovamzdeliais.

„Pirmieji anglies nanovamzdeliai prieš daugiau nei dešimtmetį pritraukė tyrimų bendruomenę dėl išskirtinių elektrinių, šiluminių ir mechaninių savybių, tačiau šis neseniai atliktas darbas Stenforde pateikė pirmąjį žvilgsnį į jų gyvybingumą norint papildyti silicio CMOS tranzistorius“, - teigė Larry Pileggi, profesorius. elektros ir kompiuterių inžinerija Carnegie Mellon universitete.

Nors per kelerius metus anglies nanovamzdelių grandinėse buvo padaryta reikšmingų laimėjimų, jie dažniausiai atėjo vieno nanovamzdelio lygiu.

Prieš anglies nanovamzdelių panaudojimą praktinio poveikio technologijose išlieka mažiausiai dvi pagrindinės kliūtys. Pirmiausia, perdirbant turi būti pasiektas beveik tobulas nanovamzdelių suderinimas. Netinkamai išdėstyti nanovamzdeliai į grandines įveda kenksmingus, pasklidusius, laidžius takus ir netinkamą funkcionalumą. Antra, inžinieriai iš grandinių turi pašalinti metalinius anglies nanovamzdelius (priešingai nei labiau pageidautini puslaidininkiniai anglies nanovamzdeliai). Metaliniai anglies nanovamzdeliai lemia trumpąjį jungimą, per didelį galios nutekėjimą ir jautrumą grandinės triukšmui. Jokie anglies nanovamzdelių sintezės metodai dar nesukūrė vien puslaidininkių nanovamzdelių.

Apvažiuojančios kliūtys

Elektroninio mikroskopo vaizdas, kuriame pavaizduoti anglies nanovamzdelių tranzistoriai (anglies nanovamzdeliai), išdėstyti integruotoje loginėje grandinėje.

Elektroninio mikroskopo vaizdas, kuriame pavaizduoti anglies nanovamzdelių tranzistoriai (anglies nanovamzdeliai), išdėstyti integruotoje loginėje grandinėje.

Kreditas: Mandagumas Stanfordo universitetas

Suprasdami, kad geresni procesai niekada neištaisys šių trūkumų, Stanfordo inžinieriai apeidavo kliūtis naudodamiesi unikalia netobulumo ir imuniteto konstrukcija. Jie sukūrė pirmąsias viso vaflinio dydžio skaitmeninės logikos struktūras, pagrįstas anglies nanovamzdeliais, kuriems nedaro įtakos netinkamai suderinti ir netinkamai išdėstyti nanovamzdeliai. Be to, jie sprendė metalinių anglies nanovamzdelių iššūkius išradę metodą, kaip pašalinti šiuos nepageidaujamus elementus iš jų grandinių.

„Anglies nanovamzdelių tranzistoriai yra patrauklūs dėl daugelio priežasčių, kaip pagrindas tankioms, energiją taupančioms integruotoms grandinėms ateityje“, - teigė Supratik Guha, IBM Thomas J. Watson tyrimų centro Fizinių mokslų departamento direktorius. "Tačiau, nepaisant chemijos, jie susiduria su nepakartojamais iššūkiais, nes pirmą kartą bandome pritaikyti juos mikroelektronikoje. Svarbiausias iš jų yra jų išdėstymo ir elektrinių savybių kintamumas. Stanfordo darbas, kuriame nagrinėjamos tokios grandinės, kurios atsižvelgti į tokį kintamumą, todėl yra nepaprastai svarbus žingsnis teisinga linkme “.

Stenfordo projektavimo metodas pasižymi dviem ryškiomis savybėmis, nes jis praktiškai nepraranda nė vieno anglies nanovamzdelių energijos efektyvumo, taip pat yra suderinamas su esamais gamybos būdais ir infrastruktūra, todėl technologija yra svarbus žingsnis link komercializacijos.

"Tai labai įdomus ir kūrybingas darbas. Nors laukia daugybė sunkių iššūkių, Wongo ir Mitros darbas daro didelę pažangą sprendžiant kai kuriuos iš šių iššūkių", - sakė Bokas.

„Šis transformacinis tyrimas tampa dar perspektyvesnis dėl to, kad jis gali egzistuoti kartu su šiuolaikinėmis silicio technologijomis ir panaudoti šiandieninę gamybos ir sistemų projektavimo infrastruktūrą, suteikdamas kritinį ekonominio gyvybingumo bruožą“, - sakė Betsy Weitzman iš „Focus Center“. Puslaidininkių tyrimų korporacijos tyrimų programa.

Parodyti galimybes

Subhasish Mitra, Stanfordo universiteto Elektrotechnikos katedros ir Kompiuterių mokslo katedros docentas

Subhasish Mitra, Stanfordo universiteto Elektrotechnikos katedros ir Kompiuterių mokslo katedros docentas

Kreditas: Mandagumas Stanfordo universitetas

Toliau inžinieriai pademonstravo savo metodų galimybes sukurdami svarbiausius skaitmeninių integruotų sistemų komponentus: Aritmetines grandines ir nuoseklųjį saugojimą, taip pat pirmąsias monolitines 3D integruotas grandines su kraštutiniu integracijos lygiu.

Stanfordo komandos darbas neseniai buvo parodytas kaip kviestas pranešimas prestižiniame tarptautiniame elektroninių prietaisų susitikime, taip pat kaip „pagrindinis pranešimas“ 2012 m. Balandžio mėn. Išleistame prestižiniame žurnale „IEEE transakcijos apie integruotų schemų ir sistemų kompiuterinį projektavimą“.

"Daugelis tyrėjų manė, kad būdas gyventi su anglies nanovamzdelių gamybos trūkumais buvo brangus atsparumo gerinimui gedimas. Per protingas įžvalgas Mitra ir Wong parodė kitaip. Jų nebrangūs ir praktiški metodai gali žymiai pagerinti anglies nanovamzdelių grandinės tvirtumą ir padaryti ilgą kelią, kad anglies nanovamzdelių grandinės taptų perspektyvios “, - teigė žurnalo vyriausiasis redaktorius Sachinas S. Sapatnekaras. „Tikiuosi didelio skaitytojų susidomėjimo straipsniu“.

Redaktoriaus pastaba:Mokslininkams, vaizduojamiems „Už scenos“ straipsniuose, parėmė Nacionalinis mokslo fondas - federalinė agentūra, kuriai pavesta finansuoti pagrindinius mokslinius tyrimus ir švietimą visose mokslo ir inžinerijos srityse. Šioje nuomonėje pateiktos nuomonės, išvados ir išvados ar rekomendacijos yra tos pačios autorės nuomonės, jos nebūtinai atspindi Nacionalinio mokslo fondo požiūrį. Žr. „Užkulisių archyvas“.


Vaizdo Papildas: .




LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com