Mạch nano

Mạch nano

Trong bài viết này, nguyên tắc cơ bản của nanocircuit được giải thích chi tiết. Các tham số khác như transistor, kết nối và kiến trúc cũng được giải thích chi tiết. Các phương pháp triển khai và phương pháp sản xuất cũng được giải thích chi tiết.

Như đã giải thích trước đó, nanomaterials nhẹ hơn, mạnh mẽ hơn và bền hơn so với các vật liệu khác. Ưu điểm này đã được áp dụng để thay thế thân máy bay từ nhôm bằng các vật liệu composite bao gồm cả vật liệu nano.

Như đã giải thích trước đó, nanocircuits là các mạch điện tử cơ bản được thiết kế và hoạt động ở tỉ lệ nanomet. Mặc dù nanocircuit của bộ xử lý được sử dụng hiện nay sẽ nhỏ gọn gấp tỷ tỷ lần, hiệu suất sẽ tăng lên với hiệu quả có thể cao hơn. Do đó, hàng trăm nanocircuits có thể được kết hợp để tạo ra một bộ xử lý hiệu suất cao và hiệu quả cao.

Trong trường hợp của nanocircuits, nó chủ yếu bao gồm ba thành phần cơ bản. Chúng là:

Transistors: Được sử dụng trong hầu hết mạch điện tử vì chúng giúp khuếch đại tín hiệu yếu và chuyển đổi chúng thành tín hiệu mạnh, bật hoặc tắt dòng điện qua mạch, và cũng giúp hướng dẫn dòng điện. Trong trường hợp nanocircuits, silic không gian sẽ được thay thế bằng cấu trúc hữu cơ hoặc phân tử không gian ở mức độ nano.
Kết nối: Đề cập đến các kết nối giữa các transistor và dây khác trong một thiết bị hoặc chip duy nhất. Các kết nối này chỉ có thể được thực hiện với sự giúp đỡ của các phép toán logic và toán học. Các transistor bên trong một nanocircuit sẽ được kết nối với nhau bằng cách sử dụng nanowires có độ dày chỉ 1 nanomet. Nanowires được làm từ ống nano cacbon. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển nanowires với sự tích hợp của transistor trong đó. Do đó, khó khăn trong việc treo các transistor lên nanowires đã được vượt qua.
Kiến trúc: Kiến trúc của nanocircuit cơ bản là thiết kế của thiết bị và đã được thảo luận ở các chủ đề trên. Do mạch nhỏ, chúng có thể có nhiều khiếm khuyết. Với sự giúp đỡ của một cấu trúc tốt kết hợp với cổng logic dư thừa, toàn bộ thiết kế có thể được cấu hình lại ở mức độ cao hơn của vi mạch. Do đó, các vấn đề có thể xảy ra trong tương lai có thể dễ dàng được sửa chữa.

Triển khai Nanocircuits

Nhiều phương pháp đang được thử nghiệm để triển khai nanocircuits một cách tốt nhất có thể. Một số phương pháp phổ biến đã được thử nghiệm bao gồm:

Quantum dot cellular automata
Single-electron transistors
Nanoscale crossbar latches

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hiện đang quan tâm hơn đến việc tích hợp nanocircuitry với các thiết bị bán dẫn như MOSFET. Vì MOSFET được sử dụng trong hầu hết các thiết kế mạch analog và số, việc giảm kích thước của chúng sẽ có ý nghĩa lớn trong tương lai.

Trong số tất cả các FET, việc giảm tỷ lệ nano đã thành công nhất với transistor trường hợp dạng tròn có kênh dọc.

Một công ty có tên Nanosys đã phát triển một kênh chiều dài trên một FET bằng cách sử dụng nanowires để thiết kế các nền. Những nanowires này được tạo ra bằng các phương pháp sắp xếp và trên nền kết dựa vào dung dịch. Mặc dù tổng kích thước của một thành phần như vậy không giảm xuống như một nanowire FET duy nhất, độ tin cậy của vật liệu cao hơn nhiều. Như thường lệ, quy trình sản xuất đủ cho một thiết kế như vậy, in ấn theo quy mô lớn có thể dễ dàng thực hiện với chi phí hợp lý. Một FET như vậy có thể được tạo ra bằng phương pháp phủ nhiệt độ thấp và do đó có thể được sử dụng như một chất mang cho transistor. Điều này giúp tạo ra các thiết bị điện tử khác nhau như giấy điện tử, màn hình phẳng có thể uốn cong và cả tấm pin năng lượng mặt trời rộng lớn.

Phương Pháp Sản Xuất

Nền tảng của nanocircuits và quá trình sản xuất chủ yếu phụ thuộc vào Định luật Moore.

Định luật này được sử dụng để liên quan số lượng transistor có thể được thêm vào một IC silic với tốc độ tính toán của nó. Nếu thêm nhiều transistor, tốc độ tính toán càng nhanh.

Đây chính là lý do chính nanocircuits đang được phát triển để thêm vào đó hàng tỷ transistor để tạo ra một chip duy nhất để hình thành một siêu máy tính. Vấn đề duy nhất sẽ xuất hiện với thiết kế mảnh mai như vậy là các khiếm khuyết trong sự sắp xếp của transistor. Nanocircuits sẽ gặp nhiều vấn đề hơn so với chip lớn hơn vì chúng nhạy cảm hơn với tia cosmics, nhiễm từ và biến đổi nhiệt độ.

Vì những transistor này sẽ được gói gọn, số lượng tín hiệu không mong muốn có thể tăng lên và vấn đề nhiễu có thể xảy ra. Ngay cả nhiệt độ sản xuất cũng khó để xua tan. Một vấn đề khác sẽ là đào hố qua các rào cách điện và những khó khăn trong quá trình sản xuất sẽ làm giảm hiệu suất của thiết bị.

Do tất cả những lý do này, việc phát hành chính thức của nanocircuits trên thị trường sẽ bị trì hoãn và có thể sẽ sẵn sàng vào năm 2016. Nhưng để sản xuất các thiết bị như vậy, đầu tư phải lên đến 250 tỷ đô la. Nguyên tắc của Định luật Moore cũng có thể giảm bớt vì sẽ có một tương lai khi tốc độ của máy tính sẽ đạt đến mức tối đa