A IBM Research anunciou hoje um grande avanço de engenharia que poderia acelerar a substituição dos transistores de silício por nanotubos de carbono para potencializar futuras tecnologias de computação.
Os cientistas da IBM demonstraram uma nova maneira de encolher os contatos do transistor sem reduzir o desempenho dos dispositivos de nanotubos de carbono, abrindo um caminho para dramaticamente mais rápido, chips de computador menores e mais poderosos, além das capacidades dos semicondutores tradicionais. Os resultados serão relatados na edição de 2 de outubro de Ciência .
A descoberta da IBM supera um grande obstáculo que as tecnologias de silício e de transistor semicondutor enfrentam quando são reduzidas. Em qualquer transistor, escala de duas coisas:o canal e seus dois contatos. À medida que os dispositivos ficam menores, o aumento da resistência de contato para nanotubos de carbono tem impedido os ganhos de desempenho até agora. Esses resultados podem superar os desafios de resistência de contato até o nó de 1,8 nanômetro - quatro gerações de tecnologia de distância.
Os chips de nanotubos de carbono podem melhorar muito as capacidades dos computadores de alto desempenho, permitindo que Big Data seja analisado mais rapidamente, aumentando a energia e a vida útil da bateria de dispositivos móveis e da Internet das Coisas, e permitindo que os data centers em nuvem forneçam serviços de maneira mais eficiente e econômica.
Transistores de silício, pequenos interruptores que carregam informações em um chip, foram diminuindo ano após ano, mas eles estão se aproximando de um ponto de limitação física. Com a Lei de Moore perdendo força, encolher o tamanho do transistor - incluindo os canais e contatos - sem comprometer o desempenho tem sido um desafio irritante que preocupa os pesquisadores há décadas.
A IBM já havia mostrado que os transistores de nanotubos de carbono podem operar como excelentes interruptores em dimensões de canal de menos de dez nanômetros - o equivalente a 10, 000 vezes mais fino do que um fio de cabelo humano e menos da metade do tamanho da tecnologia de silício líder de hoje. A nova abordagem de contato da IBM supera o outro grande obstáculo na incorporação de nanotubos de carbono em dispositivos semicondutores, o que poderia resultar em chips menores com melhor desempenho e menor consumo de energia.
No início deste verão, A IBM revelou o primeiro chip de teste de silício de nó de 7 nanômetros, empurrando os limites das tecnologias de silício e garantindo mais inovações para IBM Systems e o setor de TI. Ao avançar na pesquisa de nanotubos de carbono para substituir os dispositivos tradicionais de silício, A IBM está pavimentando o caminho para um futuro pós-silício e entregando seu investimento de US $ 3 bilhões em P&D em chips anunciado em julho de 2014.
"Essas inovações de chip são necessárias para atender às demandas emergentes da computação em nuvem, Internet das coisas e sistemas de Big Data, "disse Dario Gil, vice-presidente de Ciência e Tecnologia da IBM Research. "À medida que a tecnologia de silício se aproxima de seus limites físicos, novos materiais, dispositivos e arquiteturas de circuito devem estar prontos para fornecer as tecnologias avançadas que serão exigidas pela era da computação cognitiva. Esta descoberta mostra que os chips de computador feitos de nanotubos de carbono serão capazes de alimentar os sistemas do futuro mais cedo do que a indústria esperava. "
Um novo contato para nanotubos de carbono
Os nanotubos de carbono representam uma nova classe de materiais semicondutores que consistem em folhas atômicas únicas de carbono enroladas em um tubo. Os nanotubos de carbono formam o núcleo de um dispositivo transistorizado, cujas propriedades elétricas superiores prometem várias gerações de tecnologia que vão além dos limites físicos do silício.
Elétrons em transistores de carbono podem se mover mais facilmente do que em dispositivos baseados em silício, e o corpo ultrafino de nanotubos de carbono fornecem vantagens adicionais em escala atômica. Dentro de um chip, os contatos são as válvulas que controlam o fluxo de elétrons do metal para os canais de um semicondutor. Conforme os transistores diminuem de tamanho, a resistência elétrica aumenta dentro dos contatos, o que impede o desempenho. Até agora, diminuir o tamanho dos contatos em um dispositivo causou uma queda proporcional no desempenho - um desafio enfrentado pelas tecnologias de transistores de nanotubos de carbono e silício.
Os pesquisadores da IBM tiveram que abandonar os esquemas de contato tradicionais e inventaram um processo metalúrgico semelhante à soldagem microscópica que liga quimicamente os átomos de metal aos átomos de carbono nas extremidades dos nanotubos. Este 'esquema de contato final' permite que os contatos sejam reduzidos para menos de 10 nanômetros sem deteriorar o desempenho dos dispositivos de nanotubos de carbono.
"Para qualquer tecnologia avançada de transistor, o aumento na resistência de contato devido à diminuição no tamanho dos transistores torna-se um grande gargalo de desempenho, "Gil acrescentou." Nossa nova abordagem é fazer o contato do final do nanotubo de carbono, que mostramos não prejudica o desempenho do dispositivo. Isso nos traz um passo mais perto do objetivo de uma tecnologia de nanotubos de carbono dentro da década. "
