(Phys.org) —Como a eletrônica à base de silício está prevista para atingir seus limites absolutos de desempenho por volta de 2020, novas tecnologias têm sido propostas para continuar a tendência na miniaturização de dispositivos eletrônicos. Uma dessas abordagens consiste na construção de transistores de efeito de campo (FETs) diretamente em nanotubos de carbono (CNTs). Os dispositivos resultantes estão na escala de meros nanômetros, embora sua fabricação ainda seja um desafio.

Agora em um novo artigo publicado em Nano Letras , pesquisadores Tian Pei, et al., na Universidade de Pequim em Pequim, China, desenvolveram um método modular para construir circuitos integrados (ICs) complicados feitos de muitos FETs em CNTs individuais. Para demonstrar, eles construíram um sistema BUS de 8 bits - um circuito amplamente usado para transferência de dados em computadores - que contém 46 FETs em seis CNTs. Este é o CNT IC mais complicado fabricado até hoje, e espera-se que o processo de fabricação leve a circuitos ainda mais complexos.

Desde que o primeiro CNT FET foi fabricado em 1998, pesquisadores têm trabalhado para melhorar a eletrônica baseada em CNT. Como os cientistas explicam em seu artigo, CNTs semicondutores são candidatos promissores para substituir os fios de silício porque são mais finos, que oferece melhor potencial de redução, e também porque eles têm uma maior mobilidade de operadora, resultando em velocidades de operação mais altas.

No entanto, a eletrônica baseada em CNT ainda enfrenta desafios. Um dos desafios mais significativos é obter matrizes de CNTs semicondutores enquanto remove os CNTs metálicos menos adequados. Embora os cientistas tenham desenvolvido uma variedade de maneiras de separar CNTs semicondutores e metálicos, esses métodos quase sempre resultam em CNTs semicondutores danificados com desempenho degradado.

Para contornar este problema, pesquisadores geralmente constroem ICs em CNTs individuais, que podem ser selecionados individualmente com base em sua condição. É difícil usar mais de um CNT porque não há dois iguais:cada um tem diâmetros e propriedades ligeiramente diferentes que afetam o desempenho. Contudo, usar apenas um CNT limita a complexidade desses dispositivos a portas lógicas e aritméticas simples.

No novo estudo, os pesquisadores da Universidade de Pequim demonstraram que é possível construir com eficiência CIs complexos em vários CNTs, mesmo que os CNTs tenham propriedades diferentes. Eles fizeram isso usando uma abordagem modular, com o módulo básico sendo uma unidade de oito transistores (8-T) construída em dois CNTs com propriedades eletrônicas diferentes. A unidade 8-T mostra excelente tolerância à diferença de propriedade entre os CNTs e pode ser usada como um bloco de construção para fabricar o sistema BUS de 8 bits, que contém 46 FETs em seis CNTs. Os testes mostraram que o sistema BUS de 8 bits mantém um sinal forte mesmo quando ele passa por sete portas lógicas em cascata.

Como explicam os pesquisadores, o método é particularmente valioso agora porque permite a exploração dos limites de desempenho dos CIs CNT enquanto os problemas materiais ainda estão sendo resolvidos.

"Este trabalho estabeleceu uma maneira geral de construir circuitos integrados complicados usando materiais de nanotubos de carbono atualmente não perfeitos, que (ao contrário do silício) são unidimensionais e diferentes entre si, "Lian-Mao Peng, Professor da Universidade de Pequim e co-autor do novo artigo, contado Phys.org .

A unidade 8-T pode ser usada como o bloco de construção básico de uma variedade de ICs diferentes dos sistemas BUS, tornando este método modular uma maneira universal e eficiente de construir CIs de CNT em grande escala. Com base em suas pesquisas anteriores, os cientistas esperam explorar essas possibilidades no futuro.

"Em nosso trabalho anterior, mostramos que um transistor de efeito de campo baseado em nanotubo de carbono é cerca de cinco (FET tipo n) a dez (FET tipo p) vezes mais rápido do que seus equivalentes de silício, mas usa muito menos energia, cerca de uma pequena porcentagem daquela de transistores de silício de tamanho semelhante, "Peng disse.

"No futuro, planejamos construir circuitos integrados em grande escala que superem os sistemas baseados em silício. Esses circuitos são mais rápidos, menor, e consomem muito menos energia. Eles também podem funcionar em temperaturas extremamente baixas (por exemplo, no espaço) e temperaturas moderadamente altas (potencialmente nenhum sistema de resfriamento necessário), em substratos flexíveis e transparentes, e potencialmente biocompatíveis. "

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