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小型化是半導體行業的主要驅動力，電子系統持續微型化的最重大挑戰是能源效率。
“隨著我們接近最終限制摩爾定律但是，必須更換矽才能進一步實現小型化。
為此，碳納米管與傳統的矽技術有很大的不同，也是解決計算機電路中能源效率挑戰的有前途的途徑。碳納米管是具有特殊電氣，熱和機械性能的碳的圓柱納米結構。與傳統矽技術相比，納米管電路可以為能源效率提供刻板級的提高。
當1998年證明了第一個基本的納米管晶體管時，研究人員想像了一個新的高效，高級計算電子產品的時代。然而，由於納米管固有的實質性材料缺陷，這一承諾尚未實現，這些納米管使工程師想知道碳納米管是否會證明是可行的。
然而，在過去的幾年中，由斯坦福工程教授，博士生，本科生和高中實習生組成的團隊Subhasish Mitra教授和H.-S.菲利普·黃，應對挑戰。他們的工作產生了一系列突破，代表了迄今使用碳納米管創建的最先進的計算和存儲元素。
固執的挑戰
這些高質量的穩健納米管電路不受頑固而殘酷的物質缺陷的影響，這些缺陷使研究人員陷入了十多年的困擾，這是一個艱難的障礙，這是一個難以阻止行業中納米管電路更廣泛採用的障礙。進步代表了研究人員所說的基於納米管的“非常大規模集成系統”的重要里程碑。
Larry Pileggi說：“第一批碳納米管在十年前，其出色的電氣，熱和機械性能使研究界吸引了研究界，但是斯坦福大學最近在斯坦福大學的這項工作提供了他們對矽CMOS晶體管的可行性的首次瞥見。”
儘管這些年來，碳納米管電路取得了重大成就，但它們主要是在單納米管水平上。
在碳納米管可以利用碳納米管之前，至少仍然存在兩個主要障礙。首先，處理必須達到納米管的接近完美對齊。未對準的納米管將有害，雜散，傳導路徑和錯誤功能引入電路中。其次，工程師必須從電路中消除金屬碳納米管（與更理想的半導體碳納米管相反）。金屬碳納米管導致短路，電源洩漏過多和電路噪聲的敏感性。尚無碳納米管合成技術尚未產生僅半導體納米管。
規避障礙
斯坦福工程師意識到僅憑更好的過程將永遠無法克服這些缺陷，因此使用獨特的不完美免疫設計對障礙進行了規定。他們製作了第一個基於碳納米管的全磁盤數字邏輯結構，這些邏輯結構不受未對準和折疊率錯位的納米管的影響。此外，他們還通過一種技術來解決金屬碳納米管的挑戰，以從其電路中刪除這些不良元素。
IBM Thomas J. Watson Research Center的物理科學系主任Supratik Guha說：“碳納米管晶體管的吸引力很有吸引力，這是將來緻密，節能綜合電路的基礎。” “但是，當我們試圖將它們調整為微電子四次時，它們面臨著獨特的挑戰。其中首席是其位置和電氣性能的可變性。斯坦福大學的工作著眼於設計這種循環，考慮到這種可變性，因此在正確的方向上是一個極為重要的步驟。”
斯坦福大學設計方法具有兩個引人注目的特徵，因為它幾乎沒有任何碳納米管的能源效率，並且與現有的製造方法和基礎設施兼容，這將技術推向了商業化的重要一步。
Bokor說：“這是非常有趣和有創造力的工作。儘管未來存在許多困難的挑戰，但Wong和Mitra的工作在解決其中一些挑戰方面取得了良好的進步。”
“由於它可以與當今主流矽技術共存，並利用當今的製造業和系統設計基礎設施，這使這項變革性研究變得更加有前途，從而提供了經濟生存能力的關鍵特徵，” Semiconductor Research Corepation focus Center研究計劃的Betsy Weitzman說。
證明可能性
接下來，工程師通過創建數字集成系統的基本組成部分來證明其技術的可能性：算術電路和順序存儲，以及第一個具有極高集成水平的整體式3D集成電路。
斯坦福大學的作品最近在著名的國際電子設備會議上作為邀請的論文以及“主題紙“在2012年4月的《著名雜誌IEEE交易》中，有關集成電路和系統的計算機輔助設計。
"Many researchers assumed that the way to live with imperfections in carbon nanotube manufacturing was through expensive fault-tolerance techniques. Through clever insights, Mitra and Wong have shown otherwise. Their inexpensive and practical methods can significantly improve carbon nanotube circuit robustness, and go a long way toward making carbon nanotube circuits viable," said Sachin S. Sapatnekar, editor-in-chief of the 雜誌。 “我預計讀者對論文的興趣很高。”
編者註：幕後描繪的研究人員已得到文章的支持國家科學基金會，聯邦機構負責在科學和工程領域的所有領域資助基礎研究和教育。本材料中表達的任何觀點，發現和結論或建議都是作者的意見，不一定反映了國家科學基金會的觀點。看到幕後檔案。
