استفاده از نانولوله‌های کربنی برای ایجاد اتصالات درون ترانزیستورها

مهندسان برق در دانشگاه استنفورد و شرکت توشیبا با استفاده از نانولوله‌های کربنی سیم‌کشی تراشه‌های سیلیکونی را انجام دادند. این تراشه‌ها با سرعتی مشابه سرعت تراشه‌های مورد استفاده در پردازنده‌ها و حافظه‌های تجاری کار می‌کنند.


مدارات مجتمع مانند تراشه‌های سیلیکونی درون تمام ابزارهای الکترونیکی پیشرفته، به
اندازه سیم‌کشی‌های داخلی خود کارایی دارند، اما با نازک‌تر شدن سیم‌های مسی، آنها
به محدودیت‌های عملکرد فیزیکی خود نزدیک می‌شوند. محققان امیدوارند سیم‌های تولید
شده با استفاده از نانولوله‌های کربنی بتوانند بر این محدودیت غلبه کرده و تراشه‌های
کوچک‌تری تولید کنند، اما تاکنون هیچکس موفق به استفاده از این سیم‌های نانولوله‌ای
در تراشه‌های سیلیکونی نشده است.

در مقاله‌ای که به صورت آنلاین در مجله Nano Letters منتشر شده است، مهندسان برق در
دانشگاه استنفورد و شرکت توشیبا استفاده از این نانولوله‌ها را برای سیم‌کشی تراشه‌های
سیلیکونی گزارش کرده‌اند؛ این تراشه‌ها با سرعتی مشابه سرعت تراشه‌های مورد استفاده
در پردازنده‌ها و حافظه‌های تجاری کار می‌کنند.

فیلیپ وانگ استاد مهندسی برق دانشگاه استنفورد می‌گوید: «این برای اولین بار است که
کسی می‌تواند سیگنال‌های دیجیتالی را با سرعت یک گیگاهرتز از طریق نانولوله‌ها
منتقل کند. انتظار می‌رفت نانولوله‌ها بتوانند کارهای زیادی انجام دهند، اما تاکنون
کسی به صورت عملی آن را ثابت نکرده بود».

در حال حاضر ادامه قانون معروف مور با اما و اگر مواجه شده است؛ این قانون پیش‌بینی
کرده است که تعداد ترانزیستورهای یک تراشه هر دو سال یک بار دو برابر می شود.
افزایش تعداد ترانزیستورها به شدت با توان محاسباتی بالاتر در ارتباط است، اما این
کار نیازمند سیم‌کشی‌های باریک‌تر و باریک‌تر است. گال کلوز، دانشجوی دکترای مهندسی
برق در استنفورد می‌افزاید: پیشرفت اخیری که توسط محققان استنفورد گزارش شده است،
نشان می‌دهد نانولوله‌ها نه تنها می‌توانند ترانزیستورها را با سرعت تجاری موجود به
هم متصل کنند، بلکه انجام این کار با همان مواد، طراحی‌ها، و فرایندهای تولیدی که
سازندگان تراشه‌ها استفاده می‌کنند، امکان‌پذیر است.

تراشه سیلیکونی که کلوز و همکارانش ساختند، یک آرایه ۲۵۶ مداری به نام «نوسانگرهای
حلقه» بود که مدار استاندارد برای آزمایش سرعت تراشه‌ها می‌باشد. با در نظر گرفتن
مدارات کنترلی دیگری که امکان عملکرد انتخابی هر یک از نوسانگرهای ۲۵۶ را فراهم می‌ساختند،
تراشه مذکور از ۱۱۰۰۰ ترانزیستور در مساحتی به اندازه یک صدم اینچ مربع تشکیل شده
بود.

زمانی که کلوزریال وانگ، و محققان توشیبا این تراشه را طراحی می‌کردند، به طور عمدی
یکی از سیم‌های هر ترانزیستورها را وصل نکردند، به طوری که سیم‌کشی داخل ترانزیستور
کامل نشد. پس از اینکه کارخانه نیمه‌هادی TSMC تراشه را ساخت، کلوز چند مرحله ساخت
دیگر را در آزمایشگاه نانوساخت استنفورد روی تراشه اجرا کرد تا اتصال قطع مانده را
با استفاده از نانولوله‌ها تکمیل نماید. هر نانولوله بین ۵۰ تا ۱۰۰ نانومتر قطر، و
۵ میکرومتر طول داشت.

کیفیت نانولوله‌ها و اتصالات آنها بسیارمتنوع بود، اما در نهایت ۱۹ نوسانگر حلقه با
موفقیت اتصال یافتند. این نانولوله‌ها در بهترین حالت امکان انتقال یک و صفرها را
با سرعتی معادل ۰۲/۱ گیگاهرتز فراهم کردند.