Un microprocesador moderno construido con transistores de nanotubos de carbono complementarios

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería eléctrica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Las limitaciones de escala de los transistores de silicio requieren investigación en nanotecnologías más allá del silicio para mejorar la eficiencia energética.
• Los transistores de efecto de campo de nanotubos de carbono (CNFET) ofrecen importantes beneficios de eficiencia energética para los circuitos digitales.
• Los desafíos en el control de defectos a nanoescala y la variabilidad en los nanotubos de carbono han obstaculizado la integración a gran escala.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar un microprocesador funcional más allá del silicio construido enteramente a partir de CNFET.
• Para superar los desafíos relacionados con los defectos a nanoescala y la variabilidad en los nanotubos de carbono para la integración a gran escala.
• Proponer y validar una metodología de fabricación de nanotubos de carbono adecuada para la fabricación de estándares industriales.

Principales métodos:

• Fabricación de un microprocesador de 16 bits utilizando más de 14 000 CNFET de semiconductores de óxido de metal complementarios.
• Diseño e implementación basados en el conjunto de instrucciones RISC-V, soportando instrucciones de 32 bits en datos de 16 bits.
• Desarrollo de una metodología de fabricación y técnicas de procesamiento/diseño para gestionar las imperfecciones a nanoescala a escalas macroscópicas.

Principales resultados:

• Demostración exitosa de un microprocesador más allá del silicio construido únicamente con CNFET.
• Integración de más de 14.000 CNFET utilizando flujos y procesos de diseño estándar de la industria.
• Validación experimental de una metodología para superar la variabilidad a nanoescala en nanotubos de carbono.

Conclusiones:

• Este trabajo presenta un camino viable hacia sistemas electrónicos prácticos más allá del silicio.
• Las técnicas de fabricación y diseño desarrolladas permiten la realización de sistemas integrados a gran escala utilizando CNFET.
• El microprocesador CNFET demostrado pone de relieve el potencial de mejoras sustanciales en la eficiencia energética en la electrónica futura.