Το αύριο των ηλεκτρονικών συσκευών. Τρανζίστορ νανοσωλήνων άνθρακα υψηλής απόδοσης!

Καθώς μπαίνουμε στον κόσμο της ασύρματης επικοινωνίας 5G, οι επικοινωνίες στην ζώνη υψηλών συχνοτήτων δηλ. από 30 έως 300 GHz θα γίνουν ολοένα και πιο σημαντικές, ιδιαίτερα για ασύρματες εφαρμογές μεταφοράς δεδομένων με υψηλή ταχύτητα (κάτι ιδιαίτερα σημαντικό, πέρα των άλλων και για τις εφαρμογές κινητής τηλεφωνίας και κοινωνικής δικτύωσης). Το πρόβλημα είναι ότι σε αυτά τα μικρά μήκη κύματος, η ισχύς του σήματος εντός του κυκλώματος υποβαθμίζεται γρήγορα, απαιτώντας έτσι το κύκλωμα να έχει τις μικρότερες δυνατές διαστάσεις, άρα τελικά περιορισμένη χωρητικότητα μνήμης.

Για την καλύτερη υλοποίηση αυτής της τεχνολογίας σήμερα, η τεχνολογία τρανζίστορ υψηλής συχνότητας πρέπει να είναι συμβατή με την τεχνολογία των ψηφιακών ηλεκτρονικών: το συμπληρωματικό ημιαγωγό μεταλλικού οξειδίου (CMOS). Το CMOS παρότι είναι τεχνικός όρος, χρησιμοποιείται και για να περιγράψει τη μικρή ποσότητα μνήμης σε ένα τρανζίστορ (π.χ. σε μια μητρική πλακέτα υπολογιστή που αποθηκεύει τις ρυθμίσεις του BIOS).

Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι τα τρανζίστορ που έχουν κατασκευαστεί από ευθυγραμμισμένους νανοσωλήνες άνθρακα θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε καλύτερες επιδόσεις σε ασύρματες συσκευές από τους συνήθως χρησιμοποιούμενους ημιαγωγούς. Αυτό οφείλεται κυρίως στην υψηλή γραμμική ενίσχυση του σήματος και στην καλύτερη συμβατότητά τους με τα κυκλώματα CMOS.

Με αυτό το πνεύμα, οι ερευνητές της Carbonics Inc., μιας εταιρείας ηλεκτρονικών ημιαγωγών που εδρεύει στο Λος Άντζελες, έχουν αναπτύξει πρόσφατα ένα νέο τρανζίστορ κατασκευασμένο από ευθυγραμμισμένους νανοσωλήνες άνθρακα. Αυτό το νέο τρανζίστορ, που παρουσιάζεται σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Nature Electronics, λειτουργεί σε συχνότητες gigahertz και είναι ευκολότερο να ενσωματωθεί στην τεχνολογία CMOS από τα περισσότερα υπάρχοντα τρανζίστορ.

«Κατά τη διάρκεια των μεταπτυχιακών μου σπουδών, συνεργάστηκα με τον καθηγητή Peter Burke στο UC Irvine που ερευνούσε εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων για νανοσωλήνες άνθρακα», δήλωσε ο Christopher Rutherglen, ένας από τους ερευνητές που δημοσίευσε τη μελέτη. «Μετά την αποφοίτησή μου, συνέχισα την προσπάθεια σε μια εταιρεία που ονομαζόταν Aneeve LLC όπου εστιάζονταν στην κατασκευή τρανζίστορ υψηλής συχνότητας που χρησιμοποιούν νανοσωλήνες άνθρακα, με την ομάδα του Prof. Chongwu Zhou».

Το 2014, η εταιρεία Aneeve LLC, στην οποία εργαζόταν ο Rutherglen, επανιδρύθηκε ως Carbonics Inc. αφού έλαβε σημαντική χρηματοδότηση επιχειρηματικών κεφαλαίων. Από τότε, η εταιρεία προσπαθεί να αναπτύξει και τελικά να εμπορευτεί τρανζίστορ νανοσωλήνων άνθρακα υψηλής συχνότητας. Τα αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν, αποτελούν σημαντικό βήμα προόδου τόσο για την Carbonics Inc. όσο και για τη συνολική εξέλιξη αυτού του συγκεκριμένου τύπου τρανζίστορ.

Η βασική διαφορά μεταξύ των τρανζίστορ υψηλής συχνότητας που αναπτύσσονται από τον Rutherglen και τους συναδέλφους του και συγκρίσιμες υφιστάμενες τεχνολογίες είναι ότι οι πρώτες κατασκευάζονται από χιλιάδες ευθυγραμμισμένους νανοσωλήνες άνθρακα και όχι υλικά μεγαλύτερου μεγέθους, όπως πυριτίου, άρα η χωρητικότητα μνήμης ανά μονάδα όγκου πολλαπλασιάζεται, χωρίς απώλειες. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των νανοσωλήνων άνθρακα είναι ότι ως μονοδιάστατα υλικά έχουν ανώτερα χαρακτηριστικά μεταφοράς.

Εφόσον τα τρανζίστορ αυτά διατεθούν στις εταιρείες κατασκευής υπολογιστών και κινητών τηλεφώνων, είναι βέβαιο ότι θα μπούμε πλέον σε μια νέα γενιά των συσκευών αυτών, με μεγάλες ταχύτητες μεταφοράς και επεξεργασίας δεδομένων και τεράστια διαθέσιμη χωρητικότητα.

ΠΗΓΗ: TECH X PLORE

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Σχεδιαστική απόδοση νανοσωλήνα άνθρακα. Credit: Geoff Hutchison. (CC BY 2.0).