logo itpoint.cz

Vědci z laboratoří Bell Labs sestrojili nejmenší tranzistor na světě a stali se tak průkopníky v oblasti nanoelektroniky

Tranzistory jsou tak malé (jejich velikost činí jen 1 bilióntinu metru), že by se jich vešlo asi 10 milionů do špendlíkové hlavičky. Jsou vyrobené speciální technologií z neobvyklého organického materiálu a v budoucnosti povedou k budování výkonnějších a levnějších čipů.

Vědci z laboratoří Bell Labs společnosti Lucent Technologies, které se nedávno proslavily úspěchem na poli molekulárních tranzistorů, sestrojili první molekulární tranzistor, jehož kanál se skládá pouze z jedné molekuly. Tento tranzistor je vůbec prvním tranzistorem svého druhu na světě.

Kanál tranzistoru je úzký prostor mezi jeho elektrodami, kde dochází k zesilování signálu a spínání signálu. Tyto tranzistory jsou tak malé (jejich velikost činí jen 1 bilióntinu metru), že by se jich vešlo asi 10 milionů do špendlíkové hlavičky. Jsou vyrobené speciální technologií z neobvyklého organického materiálu a v budoucnosti povedou k budování výkonnějších a levnějších čipů.

Stejný tým z laboratoří Bell Labs objevil minulý měsíc tranzistor fungující na šířce kanálu o velikosti jedné molekuly. Tento tranzistor však mohl být vyroben pouze jako matrice skládající se z několika tisíc molekul, které fungovaly v tandemu. Nyní tento tým vytvořil nový výrobní postup, který umožňuje výrobu těchto tranzistorů jednotlivě tak, abychom je mohli jednotlivě ovládat. Připomínáme, že úspěšný tým byl tvořen těmito vědci : fyzikem Hendrikem Schonem a chemiky Zhenanem Baoem a Hongem Mengem. Obecně platí, že výkon tranzistorů se zvyšuje nepřímo úměrně ve vztahu k jejich velikosti. To znamená, že čím je tranzistor menší, tím je výkonnější a naopak. Tranzistory vyrobené v laboratořích Bell Labs, jsou nejméně desetkrát menší, než dosud nejmenší vyrobené tranzistory.

Federico Capasso, viceprezident pro fyzikální výzkum v laboratořích Bell Labs, řekl : "Tento úspěch posunuje miniaturizaci v elektronice k jejím konečným hranicím. Může to znamenat významný základní kámen v nové éře nanoelektroniky."

Tento nový převratný objev byl dnes publikován v časopise Science, na speciální internetové stránce společnosti http://www.sciencexpress.org . Vědci hledají alternativní způsoby výroby polovodičových prvků již mnoho let, protože předpokládají, že díky miniaturizaci jednotlivých prvků bude do deseti let dosaženo maximální fyzikálně proveditelné miniaturizace těchto prvků. Některé z výzkumů byly zaměřeny na nové molekulární výrobní technologie pro tranzistory. Hlavním úkolem tranzistorů je spínání a zesilování elektrických signálů v elektrických obvodech.

Tranzistory z laboratoří Bell Labs se nazývají nanotranzistory, protože jsou veliké asi 1 nm, což je jedna bilióntina metru. Tyto tranzistory se vyrábějí z thiol, speciálních polovodičových organických molekul na bázi uhlíku. Thioly obsahují kromě uhlíku také molekuly síry a vodíku. Do budoucna představují rychlejší a dokonalejší alternativu k dosavadním tranzistorům vyráběným klasicky z křemíkových polovodičů.

Hlavním problémem při navrhování těchto tranzistorů je vytvoření výrobního postupu, který umožní výrobu tranzistorového kanálku o velikosti pouhých několika molekul a elektrod tranzistoru. Vědci z laboratoří Bell Labs vytvořili technologii tzv. automatického sestavování tranzistoru, díky které lze tyto tranzistory vyrobit.

Popis technologie automatického sestavování tranzistoru

Vědci vykrojili do křemíkové destičky drážku a na dno této drážky napařili vrstvičku zlata, které bude použito jako materiál pro elektrody tranzistoru. Potom ponořili tuto destičku do roztoku, který obsahoval směs molekul thiolu a dalších inertních molekul a nechali ji vyschnout. Inertní molekuly plnily funkci rozpouštědla pro molekuly thiolu. Po postupném odpaření molekul zůstala v kanálku právě jedna molekula na první zlaté elektrodě. Toho bylo dosaženo díky přesně stanovené koncentraci molekul thiolu v roztoku s inertními molekulami. Potom vědci napařili na tuto molekulu druhou zlatou elektrodu a na křemíkovou destičku třetí elektrodu.

Bao, jeden z výzkumníků, k tomu řekl : "Je téměř nemožné připojit tři elektrody na jednu malou molekulu. Proto jsme použili tzv. technologii automatického sestavení. Tato technologie navíc, na rozdíl od výroby křemíkových tranzistorů, nevyžaduje sterilní prostředí."

Další z vědců, Schon, prohlásil : "Naše technologie ukazuje, že takovéto tranzistory lze vyrábět i bez speciálních výrobních nároků."

První výrobek z nanotranzistorů

Pomocí dvou nanotranzistorů vytvořili vědci převodník napětí, který se běžně používá v elektronice. Tento obvod, který přepíná logickou "0" na logickou "1" a naopak, se běžně používá při konstrukci počítačových čipů. Díky tomu budeme již brzy vyrábět počítačové čipy s tisíckrát větším počtem tranzistorů než dnes. David Goldhaber-Gordon, profesor na Stanford University, komentoval tento úspěch slovy, že "bylo dosaženo významných úspěchů na poli nanoelektroniky a výrobní technologie za svoji eleganci vděčí především své jednoduchosti."

Historie výzkumu tranzistorů u Bell Labs

Laboratoře Bell Labs mají velkou a dlouhodobou zkušenost s výzkumem tranzistorů. William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain vynalezli tranzistor v roce 1947 právě v těchto laboratořích. Jejich vynález ovlivnil elektroniku a byl předzvěstí digitálního věku. V roce 1956 získali tito vynálezci Nobelovu cenu za fyziku. V dalších letech v laboratořích vynalézali stále menší a výkonnější tranzistory. Výzkum nyní vyústil v novou technologii výroby tranzistorů na bázi uhlíkových polovodičů.

O Bell Labs

Laboratoře Bell Labs mají více než 16 000 zaměstnanců v 16 zemích světa a poskytují nové poznatky v komunikačních technologiích. Od roku 1925 získaly tyto laboratoře více než 28 000 patentů a hrály hlavní roli ve vývoji komunikačních technologií a prvků, jako například: tranzistorů, laserů, digitálních sítí, přenosu dat, optické telefonie, modemů atp. Vědci z těchto laboratoří získali šest Nobelových cen za fyziku , devět vědeckých a šest technologických medailí udělovaných USA. Více informací o laboratořích lze získat na serveru http://www.bell-labs.com

Článek ze dne 30. listopadu 2001 - pátek

Cool letní akce datového centra Coolhousing