FacePla.net

Нанопроводные транзисторы могут работать внутри микроскопических биологических и экологических датчиков.

Группа исследователей под руководством профессора химии Гарварда Чарльза Либера и ведущего инженера центра наносистем MITRE Шамика Даса спроектировали и создали перепрограммируемую микросхему на основе нанопроводных транзисторов. По словам Либера, несколько схем, соединенных вместе, станут первым расширяемым нанопроводным компьютером. Как объясняют исследователи, такое устройство может работать в микроскопических имплантируемых биосенсорах и экологических датчиках со сверхнизким энергопотреблением.

Больше десяти лет ученые обещают с помощью нанопроводов и нанотрубок уменьшить компьютерную технику до размеров, недоступных обычным полупроводниковым материалам. Но были сомнения относительно практичности использования нанопроводов и нанотрубок как настоящих компьютерных систем. «Прогресса в создании сложных микросхем почти не было», - отмечает Либер.

Одной из наибольших проблем было производство большого количества надежных в эксплуатации структур из нанопроводов и нанотрубок. Чтобы обеспечить запланированную работу микросхемы, все структуры должны быть полностью идентичными. По словам Либера, сейчас некоторые из таких проблем решены. В частности, группа исследователей разработала способы массового производства идентичных нанопроводов. Благодаря этому ученые смогли спроектировать нанопроводную структуру микросхемы, которую можно расширять.

Обычные чипы создаются по так называемому нисходящему принципу, в соответствии с которым схема изначально экспонируется, как фотография, на полупроводниковую пластину, и лишний материал стравливается. И наоборот, восходящий принцип используется для изготовления нанопроводных микросхем. Это означает, что их можно располагать на разных типах поверхностей и делать более компактными. «Вам необходимы физически малые датчики, - объясняет Джеймс Клемик, директор лаборатории нанотехнологий MITRE. – На сегодня ваш единственный вариант - использовать чип, который уменьшает датчик».

Чтобы изготовить новую нанопроводную микросхему, исследователи расположили линии нанопроводов с сердцевиной из германия и силиконовой оболочкой на подложке и поперек положили линии металлических электродов для формирования решетки. Точки пересечения нанопроводов и электродов действуют как транзисторы, которые можно независимо друг от друга включать и выключать. Исследователи сделали единственную схему площадью 960 квадратных микронов, на которой расположены 496 работающих транзисторов. Она сделана так, чтоб ее можно было соединять с другими схемами, и совокупность транзисторов смогла работать как сложный логический элемент для обработки или хранения данных.

Нанопроводные транзисторы остаются в состоянии либо «включено», либо «выключено», независимо от того, подключено ли питание. Это обеспечивает возможность моментального включения, что важно для датчиков с низким энергопотреблением, собирающих данные только спорадически и сберегающих электричество.

По словам Даса, микросхемы из нанопроводов еще и в 10 раз энергоэффективнее, чем из обычных материалов. Одной из причин являются их электрические свойства, которые не позволяют току рассеиваться, как случается с обычными транзисторами. Другая причина – использование в микросхеме емкостных соединений вместо менее эффективных резистивных. «Наши датчики используют совсем немного энергии», - говорит Дас.

«Это открытие является важным этапом развития в нескольких направлениях», - отмечает Андре ДеХон, профессор электротехнического машиностроения и проектирования систем Университета Пенсильвании. Перепрограммируемые транзисторы из нанопроводов – это, по его словам, давно ожидаемые конструктивные элементы.

По мнению ученых, данное исследование является шагом вперед в усложнении и повышении функциональности микросхем, построенных по восходящему принципу, что свидетельствует о повышении производительности нанопроцессоров и других интегрированных систем в будущем.

По словам Либера, еще многое предстоит сделать на пути создания практичных нанопроводных процессоров для электронных систем. Группа ученых под его руководством ставит перед собой задачу расположить на схеме тысячи транзисторов, что во много раз больше того количества, которое удалось установить на данный момент. К тому же, ученые расширят устройство до множества схем. Сейчас исследователи ищут наилучший способ соединения 16 схем.

Источник: Technologyreview