Две независимые группы исследователей опубликовали работы, демонстрирующие прорыв в создании, классификации и организации углеродных нанотрубок для дальнейшего использования их в электронике. Нанотрубки настолько малы, что потенциально могут заменить два компонента современных микросхем (проводники и полупроводники), поэтому они пользуются большим вниманием у ученых. И этот интерес продолжает расти, поскольку текущая технология изготовления чипов начинает упираться в физические ограничения.

 

Проблема в том, что создание нанотрубок, до недавнего времени, было непредсказуемым предприятием. Ученые брали все необходимые элементы, выращивали партию трубок и уже затем узнавали, что у них получилось в итоге. У исследователей не было эффективного способа вырастить нанотрубки исключительно с металлическими свойствами или исключительно со свойствами полупроводника, и даже заказ на создание правильных образцов был своего рода вызовом. Все это сделало использование нанотрубок в промышленном масштабе совершенно бессмысленным.

 

"Муравьи очень сильны для своего размера, но никто не будет их использовать в своей работе, потому что они разбегаются в разные стороны", — говорит Майк Майберри (Mike Mayberry), исследователь из Intel.

 

Каждая нанотрубка представляет собой своеобразный лист из связанных между собой атомов углерода, который свернут в цилиндр. Каждый такой цилиндр — это одна тонкая молекула, всего один или два нанометра в диаметре. При этом, молекулы могут вырасти в длину до нескольких десятков миллиметров, что превышает их ширину в 30 млн раз. Если представить, что человеческий волос является нанотрубкой, то его длина бы составила 2,4 км. Более того, эти углеродные молекулы показывают большую прочность, поскольку между элементами установлена атомная связь, и необычные электрические свойства: в зависимости от направления скручивания нанотрубки становятся либо проводниками, либо полупроводниками.

Для того, чтобы использовать компоненты из нанотрубок в полномасштабном производстве, необходимо встроить их в существующие кремниевые микросхемы. К сожалению, результат роста нанотрубок на кремниевых подложках непредсказуем. Исследователи решили эту проблему, выращивая нанотрубки на кристаллическом кварце, а затем перенося их на кремний.

 

Даже если нанотрубки вырастают достаточно прямыми, встает проблема направленного создания трубок со свойствами или проводника, или полупроводника. По данным исследователей из Стенфорда и Мельбурна, подбором подложки можно добиться нужного результата. На пластине из аминосалила вырастают почти только полупроводники, а на подложке из ароматических соединений появляются трубки с металлическими свойствами. Этот способ получения нужных нанотрубок более эффективен, чем предыдущие, когда приходилось сортировать нанотрубки с нужными свойствами с помощью электрических или магнитных полей, что неприменимо для промышленного масштаба.

 

Нанотрубки могут как раз подоспеть к моменту. Существующие технологии подбираются к физическим ограничениям. Самая современная на данный момент технология микросхем располагает элементы на расстоянии 45 нм, технология следующего поколения, известия о которой уже появляются, будет иметь 32 нм. Меньшее расстояние позволяет упаковывать больше компонентов и делает процессоры более производительными. Но эта тенденция упирается в две причины — ток утечки и источник света.

 

Расстояния уменьшаются, поэтому утечки тока и выделение тепла растут пропорционально и становятся все большей проблемой. С другой стороны, нанотрубки потенциально способны обеспечить технологический процесс с расстояниями в 1-2 нм, что будет очень эффективно. Кроме того, фотолитография, используемая для гравировки микросхемы, ограничивается физическим барьером. Компоненты стали так малы, что длин волн света недостаточно, чтобы использовать их. Для их применения требуется совершенно иная технология.

 

Хотя многие индустриальные исследователи приветствовали известия о разработке более простой технологии выращивания нанотрубок, для появления их в микросхемах требуется некоторое время. Однако использованием в микросхемах применение нанотрубок не ограничивается, Intel проводит исследования на предмет использования основанных на нанотрубках проводников в межсхемных соединениях и как часть системы охлаждения кристалла.