머리카락 너비보다 25,000배 작은 나노튜브를 작은 트랜지스터로 바꾸는 데 사용되는 ‘핵심 발견’

왼쪽과 오른쪽 끝에 금속 세그먼트가 있고 그 사이에 ~3.0nm의 초단파 반도체 채널이 있는 단일벽 나노튜브의 분자 접합에 대한 설계도. 크레딧: 모스크바 국립 과학 기술 대학교

국제 연구팀이 전자현미경에 삽입된 독특한 기구를 사용하여 머리카락 너비보다 25,000배 더 작은 트랜지스터를 만들었습니다.

Science에 발표된 이 연구에는 5년 전에 시작된 프로젝트에 참여한 일본, 중국, 러시아 및 호주의 연구원이 참여했습니다.

연구 프로젝트를 주도한 QUT 재료 과학 센터의 공동 소장인 Dmitriy Golberg 교수는 그 결과가 미래 세대의 첨단 컴퓨팅을 위한 소형 트랜지스터의 미래 개발을 주도할 수 있는 “매우 흥미로운 근본적인 발견”이라고 말했습니다. 장치.

드미트리 골베르그

드미트리 골베르그(Dmitriy Golberg) 교수는 전자현미경에 삽입된 독특한 기구를 사용하여 사람 머리카락 너비보다 25,000배 작은 트랜지스터를 만드는 팀을 이끌었습니다. 크레딧: QUT

“이 연구에서 우리는 단일 탄소 나노튜브의 전자적 특성을 제어하는 ​​것이 가능함을 보여주었다”고 Golberg 교수가 말했습니다.

연구원들은 전력과 저전압을 동시에 인가하고 외부 튜브의 케이스가 분리될 때까지 몇 층으로 구성된 탄소 나노튜브를 가열하여 단일 층 나노튜브를 남김으로써 작은 트랜지스터를 만들었습니다.

그런 다음 열과 변형이 나노튜브의 “얽힘”을 변경했는데, 이는 탄소 원자가 함께 융합하여 나노튜브 벽의 단일 원자층을 형성하는 패턴의 재배열을 의미합니다.

탄소 원자를 연결하는 새로운 구조의 결과는 나노튜브가 트랜지스터로 변형되었다는 것입니다.

모스크바 국립 과학 기술 대학의 Golberg 교수 팀의 구성원은 트랜지스터에서 관찰되는 원자 구조와 특성의 변화를 설명하는 이론을 만들었습니다.

일본 나노물질 건축 국제 센터(International Center for Architecture of Nanomaterials)의 수석 저자인 Dr Dai-Ming Tang은 이번 연구가 나노전기 장치를 제작하기 위해 나노튜브의 분자 특성을 조작하는 능력을 입증했다고 말했습니다.

Tang 박사는 5년 전 Gulberg 교수가 이 센터의 연구 그룹을 이끌었을 때 이 프로젝트를 시작했습니다.

“반도체 탄소 나노튜브는 실리콘을 능가하는 마이크로프로세서를 구축하기 위해 에너지 효율적인 나노 트랜지스터를 제조하는 데 유망합니다.”라고 Tang 박사는 말했습니다.

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그러나 원자 기하학과 전자 구조를 고유하게 결정하는 개별 탄소 나노튜브의 이방성은 여전히 ​​제어하기 어렵습니다.

“이 작업에서 우리는 기계적 가열 및 압력에 의해 금속 나노튜브 세그먼트의 국부적 대조를 변경함으로써 분자내 탄소 나노튜브 트랜지스터를 설계하고 제작했습니다.”

Golberg 교수는 초소형 트랜지스터를 만드는 기초 과학을 입증하는 연구가 실리콘을 능가하는 마이크로프로세서를 구축하기 위한 유망한 단계라고 말했습니다.

전자 신호를 전환하고 증폭하는 데 사용되는 트랜지스터는 종종 컴퓨터를 포함한 모든 전자 장치의 “구성 요소”라고 합니다. 예를 들어, Apple은 미래의 iPhone을 구동하는 칩에 150억 개의 트랜지스터가 포함되어 있다고 말합니다.

컴퓨터 산업은 수십 년 동안 점점 더 작은 트랜지스터 개발에 주력해 왔지만 실리콘의 한계에 직면해 있습니다.

최근 몇 년 동안 연구원들은 수백만 개의 핀 헤드에 들어갈 수 있을 정도로 작은 나노규모 트랜지스터를 개발하는 데 중요한 진전을 이루었습니다.

Golberg 교수는 “트랜지스터를 나노미터 규모로 소형화하는 것은 현대 반도체 및 나노기술 산업에 중대한 도전을 제시합니다.

“현재의 발견은 소형 트랜지스터의 대량 생산에는 비실용적이지만 새로운 제조 원리를 보여주고 원하는 특성을 가진 가장 작은 트랜지스터를 얻기 위해 나노튜브 열기계적 처리를 사용하는 새로운 지평을 열었습니다.”

참조: Dai-Ming Tang, Sergey V. Eruhen, Dmitriy J. Kvashnin, Victor A.의 “열역학적 변화에 의한 금속 탄소 나노튜브의 반도체 나노채널” Chen, Don N. Futaba, Yongjia Zheng, Rong Xiang, Xin Zhou, Feng-Chun Hsia, Naoyuki Kawamoto, Mitome Masanori, Nemoto Yoshihiro, Uesugi 후미히코, Masaki Takeguchi, Shigeo Maruyama, Hui-Ming Cheng, Yoshio Bando, Lishiu Bando, Pavel B Sorokin 및 Dmitriy Golberg, 2021년 12월 23일 여기에서 사용할 수 있습니다. 과학.
DOI: 10.1126 / science.abi8884

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