1
min read
A- A+
read
Hyvästi, piikiekot!
Toimitus
19.01.2013

IBM hiilinanoputkikiekko

Pii on sinnitellyt odottamattoman pitkään mikropiirien materiaalina, mutta sen rajat alkavat tulla nyt vastaan. Vuosikymmenen kuluessa piin pinnalle ei saa ahdettua tiheämmin transistoreita, joten täytyy keksiä jotain uutta. Tai ei tarvitse keksiä: hiilinanoputket pitää vain saada laboratoriosta tuotantoon.

Hiili on eräs maapallon yleisimmistä aineista, ja samalla se on myös eräs monimuotoisimmista. Se voi olla erittäin pehmeää grafiittia, mutta myös kova timatti on hiiltä. Hiiliatomit voivat yhdistyä myös tukevaksi fullereeniksi, 60 hiiliatomista muodostuvaksi rakenteeksi, joka näyttää hieman jalkapallolta. Hiiliatomit voivat asettua myös kuiduiksi ja levyiksi, jotka putkimaiseksi rakenteeksi yhdistyessään muuttuvat lähes kuin uudenlaiseksi aineeksi.

Nämä kooltaan nanoluokkaa olevat hiiliputket - joita siksi kutsutaan hiilinanoputkiksi - voivat sisäkkäin asetettuina pyöriä lähes kitkattomasti, jolloin hiilinanoputkista voidaan tehdä mikroskooppisia mekaanisia laitteita. Hiilinanoputkia syntyy luonnossa yleisesti suurissa lämpötiloissa ja esimerkiksi sähköporkauksissa, mutta ne ja niiden käyttökelposuuden keksi japanilainen proferssori Sumio Iijima vuonna 1991.

Elektroniikan kannalta parasta hiilinanoputkissa on se, että ne ovat haluttaessa sähköisesti johtavia. Niitä voidaan siten käyttää puolijohteina samaan tapaan kuin piitä, paitsi että hiilen hallittu käyttö on erittäin vaikeaa. Tutkijat pyrkivätkin kehittämään prosessia, millä hiilinanoputkista voitaisiin tehdä samantyyppisiä kiekkoja kuin piistä. Niiden pinnalle voitaisiin muodostaa transistoreita samaan tapaan kuin piikiekon pinnalle, mutta atomirakenteen ansiosta elektroniikan koko voisi olla paljon pienempi. Tällä haavaa pienimmät normaalissa käytössä olevien prosessorien yksittäiset transistorit ovat noin 22 nanometriä halkaisijaltaan.

Hiilinanoputkilla päästäisiin parin nanometrin luokkaan, jolloin prosessorit voisivat olla yhä pienempiä tai tehokkaampia, nopeampia ja energiapihimpiä. Lisäksi hiili materiaalina olisi piiyhdisteitä parempi ja kestäisi suurempia lämpötiloja.

Pisimmällä hiilinanoputkielektroniikan kehittämisessä on IBM, jonka tutkimuslaitoksessa on onnituttu tekemään 10 000 transistoria sisältävä hiilinanoputkipiiri. Se on tehty tavallisen piikiekon päälle käyttäen samanlaista tekniikkaa kumpaankin, joten materiaalin vaihtaminen ei välttämättä tarkoita kokonaan uutta tapaa tehdä mikropiirejä. Tästä kerrottiin Naturessa viime lokakuun lopussa julkaistussa, IBM:n New Yorkissa sijaitsevan Watsonin tutkimuskeskuksen tutkijoiden artikkelissa High-density integration of carbon nanotubes via chemical self-assembly.

Vaikka kyseessä on merkittävä askel eteenpäin, on ongelmana kuitenkin edelleen se, että transistorit, jotka itsessään ovat hyvin pieniä, ovat kiekon pinnalla 150 nm etäisyydellä toisistaan. Näin ollen pakkaustiheys ei ole mitenkään kehuttava. Vieläkin hankalampaa on se, että kaikki transistorit käyttävät toistaiseksi samaa porttia, alla olevaa silikonikiekkoa, jolloin jokainen hiilikiekon transistori toimii samalla tavalla samaan aikaan.

Kunhan nämä pienet epäkohdat saadaan kuntoon, niin hiili voi aloittaa voittokulkunsa. Onneksi aikaa on kuitenkin vielä vähän jäljellä, sillä Intel on luvannut pystyvänsä pakkaamaan piikiekoille vuosikymmenen loppuun mennessä transistoreja, jotka ovat kooltaan viitisen nanometriä.

Kuvat: IBM