シリコンよりも高速&省電力なカーボンナノチューブでできたトランジスタの開発に成功


次世代の半導体材料と考えられる「カーボンナノチューブ」を使って、シリコン製トランジスタよりも高速&省電力なカーボンナノチューブ製トランジスタの製作にアメリカの研究者が成功しました。

Quasi-ballistic carbon nanotube array transistors with current density exceeding Si and GaAs | Science Advances
http://advances.sciencemag.org/content/2/9/e1601240

For first time, carbon nanotube transistors outperform silicon
http://news.wisc.edu/for-first-time-carbon-nanotube-transistors-outperform-silicon/

ウィスコンシン大学マディソン校の研究者によって製造された、シリコン製トランジスタを上回る性能をもつカーボンナノチューブ製トランジスタについては以下のムービーで確認できます。

Carbon nanotube transistors outperform silicon for first time ever - YouTube


カーボンナノチューブは炭素原子が正六角形を作りながらストロー状(チューブ状)になった材料で、とてつもなく小さな構造体です。


そのため数兆個のカーボンナノチューブを集めても、シリンダーにこれだけしかたまりません。


しかし、カーボンナノチューブはこれまでに発見されているどんな材料よりも高い電気伝導性を持つため、シリコンの次の半導体材料としても大きく期待されています。


20年以上にわたってカーボンナノチューブ製の半導体の製作が続けられてきましたが、ついにウィスコンシン大学マディソン校の研究者がカーボンナノチューブ製のトランジスタの製作に成功しました。


現代の電子デバイスのほとんどがシリコン材料でできた半導体を使っています。


しかし、理論上はカーボンナノチューブ製半導体はシリコン製半導体を圧倒する性能を持つことが分かっています。


カーボンナノチューブ製の半導体は、シリコン製半導体よりも高速に動作し、より省電力であることから、ポスト・シリコン半導体の有力候補として研究が続けられています。


これがウィスコンシン大学マディソン校のマイケル・アーノルド准教授によって製作されたカーボンナノチューブ製のトランジスタ。カーボンナノチューブ中に0.01%程度含まれる不純物によって金属的な性質をもった不良カーボンナノチューブを除去する技術や、カーボンナノチューブを選択的に配列させるポリマー技術を確立することでトランジスタの製作に成功しています。


アーノルド准教授の研究チームは、1インチ(約2.5センチメートル)四方のカーボンナノチューブを積層させてカーボンナノチューブ製のトランジスタを製作。実験では、同サイズのシリコン製トランジスタに比べて1.9倍の電流密度耐性を実現しました。これにより高い密度の電流を流してもシリコンの約2倍の構造的安定性を持つカーボンナノチューブ製トランジスタは、シリコンに比べて5倍高速かつ5倍低消費電力での動作が可能であると予測しています。また、カーボンナノチューブ製トランジスタは極小ゆえに電気信号を高速に変化させられるため、無線通信の帯域幅を向上させられると研究チームは述べています。

アーノルド准教授は、「カーボンナノチューブはその特性からこれまでにも『誇大広告』とでも言うべき喧伝ぶりでしたが実用化に至らず多くの人を落胆させてきました。しかし、私たちはカーボンナノチューブの『誇大広告』はその潜在的な性能を考えれば当然だと思っています」と述べ、今後、カーボンナノチューブの堆積プロセスを商業用として実用化できる製法の開発に取り組むとのことです。

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