p Os nanotubos de carbono representam uma partida significativa das tecnologias tradicionais de silício e oferecem um caminho promissor para resolver o desafio da eficiência energética em circuitos de computador, mas eles não estão isentos de desafios. Agora, os engenheiros de Stanford encontraram maneiras de contornar os desafios de produzir as primeiras estruturas lógicas digitais full-wafer baseadas em nanotubos de carbono. p A eficiência energética é o desafio mais significativo que impede a miniaturização contínua de sistemas eletrônicos, e a miniaturização é o principal impulsionador da indústria de semicondutores. "À medida que nos aproximamos dos limites finais da Lei de Moore, Contudo, o silício terá que ser substituído para miniaturizar ainda mais, "disse Jeffrey Bokor, vice-diretor de ciências da Molecular Foundry do Lawrence Berkeley National Laboratory e professor da UC-Berkeley.

p Para este fim, nanotubos de carbono (CNTs) são uma partida significativa das tecnologias tradicionais de silício e um caminho muito promissor para resolver o desafio da eficiência energética. Os CNTs são nanoestruturas cilíndricas de carbono com componentes elétricos excepcionais, propriedades térmicas e mecânicas. Os circuitos de nanotubos podem fornecer uma melhoria dez vezes maior na eficiência energética em relação ao silício.

p O trabalho da equipe de Stanford foi apresentado recentemente como um artigo convidado no prestigioso International Electron Devices Meeting (IEDM), bem como um "artigo principal" no conceituado Transações IEEE em projeto auxiliado por computador de circuitos e sistemas integrados .

p Promessa inicial

p Quando os primeiros transistores de nanotubos rudimentares foram demonstrados em 1998, pesquisadores imaginaram uma nova era de sistemas altamente eficientes, eletrônica de computação avançada. Essa promessa, Contudo, ainda está para ser realizado devido a imperfeições substanciais de material inerentes aos nanotubos que deixaram os engenheiros se perguntando se os CNTs algum dia seriam viáveis.

p Nos últimos anos, uma equipe de professores de engenharia de Stanford, estudantes de doutorado, graduandos, e estagiários do ensino médio, liderado pelos professores Subhasish Mitra e H.-S. Philip Wong, aceitou o desafio e produziu uma série de inovações que representam os elementos de computação e armazenamento mais avançados já criados com CNTs.

p "Os primeiros CNTs impressionaram a comunidade de pesquisa com sua eletricidade excepcional, propriedades térmicas e mecânicas há mais de uma década, mas este trabalho recente em Stanford forneceu o primeiro vislumbre de sua viabilidade para complementar os transistores CMOS de silício, "disse Larry Pileggi, Tanoto Professor de Engenharia Elétrica e de Computação na Carnegie Mellon University e diretor do Focus Center Research Program Center for Circuit and System Solutions.

p Barreiras principais

p Embora tenha havido realizações significativas em circuitos CNT ao longo dos anos, eles vieram principalmente no nível de um único nanotubo. Pelo menos duas barreiras principais permanecem antes que os CNTs possam ser aproveitados em tecnologias de impacto prático:Primeiro, O alinhamento "perfeito" dos nanotubos provou ser quase impossível de alcançar, introdução de caminhos condutores perdidos prejudiciais e funcionalidade defeituosa nos circuitos; segundo, a presença de CNTs metálicos (em oposição aos CNTs semicondutores mais desejáveis) nos circuitos leva a curtos-circuitos, vazamento excessivo de energia e suscetibilidade a ruído. Nenhuma técnica de síntese de CNT ainda produziu nanotubos semicondutores exclusivamente.

p "Os transistores de nanotubos de carbono são atraentes por muitas razões como base para densos, circuitos integrados com eficiência energética no futuro. Mas, nascendo da química, eles vêm com desafios únicos à medida que tentamos adaptá-los à microeletrônica pela primeira vez. O principal deles é a variabilidade em sua localização e propriedades elétricas. O trabalho de Stanford, que olha para o projeto de circuitos levando em consideração essa variabilidade, é, portanto, um passo extremamente importante na direção certa, "Supratik Guha, Diretor do Departamento de Ciências Físicas do IBM Thomas J. Watson Research Center.

p "É um trabalho muito interessante e criativo. Embora haja muitos desafios difíceis pela frente, o trabalho de Wong e Mitra faz um bom progresso na resolução de alguns desses desafios, "acrescentou Bokor.

p Percebendo que processos melhores por si só nunca vão superar essas imperfeições, os engenheiros de Stanford conseguiram contornar as barreiras usando um paradigma exclusivo de design imune a imperfeições para produzir as primeiras estruturas lógicas digitais em escala total que não são afetadas por CNTs desalinhados e mal posicionados. Adicionalmente, eles abordaram os desafios dos CNTs metálicos com a invenção de uma técnica para remover esses elementos indesejáveis ​​de seus circuitos.

p Características marcantes

p A abordagem de design de Stanford tem duas características marcantes, pois não sacrifica virtualmente nenhum dos CNTs a eficiência energética e também é compatível com os métodos de fabricação e infraestrutura existentes. empurrando a tecnologia um passo significativo em direção à comercialização.

p "Esta pesquisa transformadora torna-se ainda mais promissora pelo fato de poder coexistir com as tecnologias de silício convencionais de hoje, e alavancar a fabricação atual e a infraestrutura de design de sistema, fornecendo o recurso crítico de viabilidade econômica, "disse Betsy Weitzman do Programa de Pesquisa Focus Center da Semiconductor Research Corporation

p The engineers next demonstrated the possibilities of their techniques by creating the essential components of digital integrated systems:arithmetic circuits and sequential storage, as well as the first monolithic three-dimensional integrated circuits with extreme levels of integration.

p "Many researchers assumed that the way to live with imperfections in CNT manufacturing was through expensive fault-tolerance techniques. Through clever insights, Mitra and Wong have shown otherwise. Their inexpensive and practical methods can significantly improve CNT circuit robustness, and go a long way toward making CNT circuits viable, " said Sachin S. Sapatnekar, Editor-in-Chief, IEEE Transactions on CAD . "I anticipate high reader interest in the paper, " Sapatnekar noted.