בצפיפות של מיליארד טרנזיסטורים לסנטימטר מרובע וביצועים של פי חמישה לערך מטרנזיסטורים מבוססי סיליקון, ההישג של IBM מצביע על נאנו-צינוריות פחמן כעתידו של עולם השבבים
חוק מור דוחף מפתחים כבר עשרות שנים, ולכולם כבר ברור כי בקרוב ניתקל בקיר שקשה לעבור אותו. אפשרויות המזעור בסיליקון מתקרבות למיצוי וללא "חומר פלא" חדש, ייתכן שלא יהיה ניתן להמשיך במירוץ להפקת שבבים מהירים וחסכוניים יותר.
כאן נכנסות הננו-צינוריות לתמונה. במכון המחקר של IBM בניו יורק הצליחו לשלב לראשונה מעל 10,000 נאנו-צינוריות בשבב בודד, וזוהי תחילת הדרך לעבר ייצור שבבים שיוכלו להוות תחליף לשבבי הסיליקון המודרניים.
לשבבים החדשים צפיפות של מיליארד טרנזיסטורים לסנטימטר מרובע וביצועים תיאורטיים של פי חמישה מטרנזיסטורים מבוססי סיליקון. זאת תודות למבנה ולמאפיינים החשמליים הייחודיים שלהם. ההישג של IBM מחזק את מעמדן של נאנו-צינוריות פחמן כעתידו של עולם המוליכים למחצה.
הסיליקון מוסיף לשמש כמצע עבור שבבים מבוססי נאנו-צינוריות פחמן אך לא באותו אופן כמו בשבבים מהעידן הנוכחי, בהם משתמשים בליטוגרפיה בה התקנים "נחרטים" בפרוסות גדולות של סיליקון תוך שימוש בקרן של אלקטרונים או יונים.
| איור בסיסי של טרנזיסטור תוצא שדה מבוסס נאנו-צינוריות פחמן |
האתגר הגדול היה האינטגרציה – להניח מיליארדים של נאנו-צינוריות בצפיפות בלתי נתפסת על גבי מצע, עם רמת דיוק אדירה.
בכדי לפתור את הבעיה הזו, ב-IBM פיתחו גישה חדשה המורכבת משני שלבים: הראשון הוא כימיקל העוטף את הנאנו-צינוריות והופך אותן למסיסות במים. השני הוא תערובת אשר מחברת בין הכימיקל למצע, אך לא לסיליקון.
בשלב הבא השתמש הצוות בשיטות סטנדרטיות לחרוט תבנית של ערוצים בתחמוצת האפניום (Hafnium Oxide – HfO2) שהונח על פני הסיליקון. תחמוצת האפניום היא חומר מבודד המשמש למניעת זליגת זרם על פני שבב.
כעת, הם טבלו את השבב "טבילה כפולה" בשני הנוזלים – כימיקל אחד דבק לתחמוצת ההאפניום, והשני פעל כחלקו השני של דבק אפוקסי, מחבר בחוזקה נאנו-צינוריות פחמן לאיזורי תחמוצת ההאפניום על השבב, אך לא לסיליקון.
התוצאה הייתה סדרה של נאנו-צינוריות מסודרות בדיוק, כבר מחוברות לפי התבנית, בצפיפות של ביליון לסנטימטר מרובע – הישג ענק שמקרב את התעשייה לייצור שבבי ננו-צינוריות מסחריים.
צעד זה בפני עצמו משפר את המצב פי 100 ביחס לשיטות קודמות לייצור שבבים מבוססי ננו צינוריות פחמן, אך קיימים עוד מספר אתגרים גדולים:
• יש צורך למצוא דרכים יעילות יותר לברור בין הנאנו-צינוריות – אשר מיוצרות בגדלים וסוגים שונים בעלי מאפיינים משתנים – בכדי לבחור בכמות גדולה ודיוק גבוה את אלה המתאימות לייצור שבבים.
• תהליך החריטה (ליטוגרפיה) אשר מקבע את גודלו הסופי של הטרנזיסטור על השבב חייב לעבור שיפור.
לעת עתה, הצוות הדגים מה ניתן לעשות עם הטכניקה במצבה הנוכחי – מערך נרחב של טרנזיסטורים, כל אחד מהם מורכב משש נאנו-צינוריות המסודרות במרווחים של 10 נאנומטר בין כל אחת ואחת.
עם זאת, בטווח הארוך, נאנו-צינוריות ייתקלו באותן מגבלות בהן נתקל הסיליקון כיום: "בסופו של דבר, אנחנו תמיד נעצרים בגודלו של אטום", הסביר אחד המדענים שעמלים על הפיתוח המבטיח, "אך בינתיים, לפחות, התקדמות זו נותנת לנו דרך להמשיך לשפר ביצועים ובו זמנית להקטין את ההתקנים" .
מה אתם אומרים? האם נאנו-צינוריות פחמן הן העתיד, או אולי רק שלב ביניים למשהו עוד יותר אקזוטי? ספרו לנו מה דעתכם בתגובות!
