Ни для кого не является секретом, что приблизительно к 2020 году электроника, основанная на кремниевых полупроводниках, достигнет пределов, после которых из-за физических ограничений будет невозможно уменьшать размеры транзисторов и наращивать их быстродействие. Для преодоления этой граничной черты потребуются совершенно новые технологии, которые позволят продолжать миниатюризацию электроники, выдерживая темпы, диктуемые темпами развития современных технологий. Одним из перспективных методов является использование полевых транзисторов (field-effect transistor, FET) на основе углеродных нанотрубок (carbon nanotube, CNT). Созданные на текущий момент опытные образцы таких транзисторов обладают потрясающими характеристиками, а их размеры составляют нанометры. Тем не менее, на сегодняшний день еще не существует технологий, которые позволял наладить производство «нанотрубочных» транзисторов (CNT-FET) в промышленных масштабах.

Многие группы ученых работают над решением вышеупомянутой проблемы и достаточно значительных успехов в этом удалось добиться группе Тиэн Пея (Tian Pei) из Пекинского университета, Китай. Они разработали модульный метод, при помощи которого можно создавать сложные интегральные схемы, построенные на базе CNT-FET транзисторов. Для демонстрации возможностей разработанной ими технологии исследователи изготовили схему управления 8-битной магистральной шины, которая состоит из 46 транзисторов, располагающихся на поверхности шести углеродных нанотрубок. Эта схема является самой сложной на сегодняшний день схемой такого вида, но процесс ее изготовления позволит в недалеком будущем производить схемы более высокого уровня сложности.

Основной проблемой, с которой исследователи сталкиваются, пытаясь использовать углеродные нанотрубки, является их неоднородность. Во всей массе получаемых нанотрубок практически невозможно встретить две абсолютно одинаковые нанотрубки, они обязательно различаются длиной, диаметром и наличием дефектов в различных местах. Кроме этого, получаемые нанотрубки, в силу особенностей их структуры, могут быть как полупроводниками, так и проводниками. И, хотя, уже существуют методы сортировки нанотрубок, они в большинстве случаев приводят к повреждению структуры и ухудшению их электрических свойств.

Для того, чтобы обойти проблему неоднородности нанотрубок, исследователи обычно строят схемы из единственной нанотрубки, на поверхности которой могут располагаться от силы пару десятков транзисторов. Это сильно сужает функциональность электронных схем, которые ограничиваются пока простейшими логическими и арифметическими элементами.

Разработанная китайскими учеными технология позволяет создавать достаточно сложные схемы, используя несколько разных нанотрубок, невзирая на их неоднородность и различие в свойствах. Этого удалось добиться за счет модульного подхода, при котором в качестве основного связующего модуля выступает схема из восьми транзисторов, созданная из двух нанотрубок с различными свойствами. Эта схема, называемая 8-T, является основным блоком из которых составляют более сложные схемы.

Схема 8-T может выступать в качестве базового модуля широкого ряда электронных схем, из которых можно, как из кирпичиков составлять устройства по сложности не уступающие современным микропроцессорам. И эти устройства будут отличаться от их кремниевых аналогов более высокими скоростями работы и крайне низким количеством потребляемой энергии.

«При помощи нашей технологии мы в самом ближайшем будущем планируем создать интегральные схемы, которые выигрывают у кремниевых схем практически по всем параметрам. Нанотрубочные схемы будут гораздо меньше кремниевых, они гораздо быстрее их и потребляют намного меньше энергии. Схемы могут сохранять работоспособность в условиях крайне низких температур и высокого уровня ионизирующего излучения, что позволит использовать их в космосе. Нанотрубочные схемы также работают при относительно высоких температурах, что позволит в некоторых случаях отказаться от систем охлаждения. Схемы из углеродных нанотрубок можно будет изготавливать на прозрачных и гибких основаниях, которые при условии использования определенных материалов, будут обладать биологической совместимостью».