ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2023
Просмотров: 21
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лабороторная работа №3
CNFET-транзисторы.
Энергоэфективность и мощность компьютеров , которая у нас проявляется сейчас движется засчёт – миниатюризации электроники. Прогресс в кремниевых микросхемах ещё продолжается, но появляются и более совершенные технологии производства электроники.
Одно из самых перспективных направлений — углеродные нанотрубки. Также относительно недавно (2013г) произошло историческое событие, которое наверняка войдёт в учебники. Группа учёных из Стэнфордского университета собрала первый в истории полноценный процессор целиком из углеродных нанотрубок. Научная работа заслуженно попала на обложку сегодняшнего номера журнала Nature.
Настоящее фото со сканирующего микроскопа.
После многих лет решения многочисленных проблем проектирования и производства исследователи MIT создали современный микропроцессор из транзисторов с углеродными нанотрубками, которые широко рассматриваются как более быстрая и экологичная альтернатива их традиционным кремниевым аналогам.
Микропроцессор, описанный в журнале Nature, может быть построен с использованием традиционных процессов изготовления кремниевых чипов, что представляет собой важный шаг к тому, чтобы сделать микропроцессоры на основе углеродных нанотрубок более практичными.
Кремниевые транзисторы – важные микропроцессорные компоненты, которые переключаются между 1 и 0 для выполнения вычислений – десятилетиями использовались в компьютерной индустрии. Как и предсказывал закон Мура, производители смогли сокращать размеры и вставлять все больше транзисторов в микросхемы каждые несколько лет, чтобы помочь выполнять все более сложные вычисления. Но эксперты теперь предвидят время, когда кремниевые транзисторы прекратят сокращаться и будут становиться все более неэффективными.
Изготовление транзисторов с углеродными нанотрубками (CNFET) стало основной целью при создании компьютеров следующего поколения. Исследования показывают, что CNFET обладают свойствами, которые обещают примерно в 10 раз более высокую энергоэффективность и гораздо большую скорость по сравнению с кремнием. Но при изготовлении, транзисторы часто имеют много дефектов,
которые влияют на производительность, поэтому они остаются непрактичными.
Исследователи из Массачусетского технологического института изобрели новые методы для значительного ограничения дефектов и обеспечения полного функционального контроля при изготовлении CNFET, используя процессы в традиционных производствах с кремниевыми чипами.
Они продемонстрировали 16-разрядный микропроцессор с более чем 14 000 CNFET, который выполняет те же задачи, что и коммерческие микропроцессоры. В их статье описывается конструкция микропроцессора, и на ней содержится более 70 страниц, подробно описывающих методику производства.
«На сегодняшний день это самый продвинутый чип, созданный из любой появляющейся нанотехнологии, которая является перспективной для высокопроизводительных и энергоэффективных вычислений», – говорит соавтор работы Макс Шулакер, помощник профессора по электротехнике и вычислительной технике Эмануэля Ландсмана.
Как и первые в истории ламповые ЭВМ, этот процессор обладает совсем слабыми техническими характеристиками и смешной производительностью. Фактически, он выполняет арифметические операции даже медленнее, чем человек. Частота процессора всего 1 кГц (зато он двухпоточный). Но это всё равно принципиально важное концептуальное достижение, которое открывает новую страницу в истории компьютерной техники.
Собранный в Стэнфорде процессор из углеродных нанотрубок состоит всего из 178 транзисторов. Этого достаточно, чтобы выполнять 20 операций из стандартного набора MIPS (см. схему внизу) — по крайней мере, столько уже протестировано на углеродной микросхеме, так что на ней можно запускать довольно сложные программы.
По мнению многих экспертов, кремниевым транзисторам не долго осталось уменьшаться, подчиняясь закону Мура. В скором времени они перестанут наращивать свою эффективность.
Создание полевых транзисторов с углеродными нанотрубками (CNFET) стало важной задачей, которую необходимо решить ради появления компьютеров нового поколения. CNFET могли бы обеспечить десятикратный прирост энергетической эффективности и намного большую скорость по сравнению с кремнием. Но в процессе серийного производства у них появляется слишком много дефектов, так что пока они остаются непрактичными.
Новая технология специалистов MIT значительно снижает количество дефектов и позволяет осуществлять полный функциональный контроль над производством CNFET. Разработчики продемонстрировали 16-битный микропроцессор с более чем 14 000 CNFET, которые выполняют те же самые задачи, что и коммерческие процессоры. На 70 страницах статьи они подробно рассказывают о технологии производства.
«Существуют ограничения для кремния. Если мы хотим продолжать иметь успехи в вычислительной технике, углеродные нанотрубки представляют собой один из наиболее многообещающих способов преодоления этих ограничений. Мы полностью заново изобретает способ создания чипов с углеродными нанотрубками».
Основная цель – вывести новые процессоры на рынок. Хотя никто не может сказать, когда микросхемы, сделанные полностью из углеродных нанотрубок, пойдут в серийное производство, исследователи MIT говорят, что это может занять менее пяти лет. «Мы думаем, что это уже не вопрос «если, а вопрос – когда»
При выполнении данной лабороторной работы было проведено моделирование ВАХ, определение передаточной проводимости и коэффициента усиления на модели CNFET. И мы определяли следующие параметры:
1)ВЫХ и проходные характеристики n-типа:
2) ВЫХ характеристики p-типа:
3) Передаточные проводимости:
4) Коэф. усиления инвертора на технологии :
5)Ну играфики кольцевого генератора:
Во время перехода из 1 в 0 частота составляла 19,677 ГГц.
При изменении толщины оксида в затворе частота не поменялась.
Но при изменении контактного режима и увеличении последовательного сопротивления частота заметно увеличилась до 97,24 ГГц…..
ВЫВОД: В процессе выполнения данной лабороторной работы мы узнали о транзисторах CNFET, познакомились с их основными параметрами, получили выходные и проходные характеристики для разных типов носителей. Установили какие из параметров и как им образом влияют на частоту. Я думаю , что если при получении транзисторов путем технологии углеродных нанотрубок удалось повысить энергоэффективность. То необходимо продолжать исследования с данным материалом и проэкспериментировать , а как же ещё могут быть полезны углеродные нанотрубки. Ведь мы уже замечаем, что есть проегресс в реализациях изготовления этих технологий. И через какой-то период человечеству удасться контролировать процесс их создания ,а впоследствии чего – все процессоры и микросхемы будут точно изготавливаться инентично.