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$天奈科技(SH688116)$

近日国内在碳纳米管应用分支高速存储器方面取得重大技术突破,市场价值该重估了

目前,存储器技术主要分为以下三个种类:

1、动态随机存取存储器DRam(价格低廉速度稍慢)

2、静态随机存取存储器SRam(高速存储器)

3、闪存。

DRam和SRam都需要外部供电来保存数据。而闪存不需要供电即可保存数据,且不易丢失,但是读写速度要比DRam低。 随着网络技术的进步,人类生活越来越离不开各类多媒体电子产品。手机、电脑存储了高清的图片、视频等电子文档。面对动辄几个甚至十几个GB大小的文件,当前通用的存储器件已经显现疲态。开发能够满足不断增加的在微小空间存储信息需求的存储器格式变得尤为迫切

英国诺丁汉大学化学学院进行了“纳米数据存储设备”项目的研究。研究人员发现了可以使用性能独特的碳纳米管来制造低成本、体积小的存储器元件。这些原件耗电量极低,但能以高速记录信息。研究人员发现发现,如果一根碳纳米管位于另一根稍微大一点的碳纳米管之中,那么由于静电、范德华力和毛细力的作用,内部管就会随着外部管“流动”。

当电流通过碳纳米管的时候就会使内部管被推着在外部管中进出。这种压缩动作可以使内部管与电极连接或断开,从而最终产生使用二进制编码保存信息所需的“1”或“0”状态。研究人员指出,当电源被切断时,控制着分子间吸引力的范德华力会使内部管与电极相接,这样存储器存储的信息不会丢失,这一点与闪存相似。

电子产业一直在寻找替代以硅材料为基础的、用于存储数据和制造计算机存储器的技术。现有的技术,如磁性硬盘,在亚微米尺度范围内使用时是不可靠的,而且很快就会达到它们的基础物理限制。碳纳米管研究项目将开发存储信息的新设备,这些设备完全以碳纳米管制成,不但具有动态存储器的速度和低廉价格,而且具有闪存的不易丢失性。

2023年7月18日,北京大学碳基电子学研究中心、纳米器件物理与化学教育部重点实验室 Yanxia Lin, Yu Cao,彭练矛Lian-Mao Peng & 张志勇 Zhiyong Zhang等,在Nature Electronics上发文,报道了可以缩放到对应于10nm硅技术节点尺寸的碳纳米管场效应晶体管FET平行阵列。

首先制备了接触栅距为175nm(通过将栅长和接触长度分别缩放到85nm和80nm来实现)的纳米管场效应晶体管FET,其表现出2.24mAμm–1的导通电流和1.64mSμm–1的峰值跨导;这在尺寸和电子性能方面优于45nm硅技术节点晶体管。使用六个纳米管场效应晶体管FET,创建了面积为0.976μm2的静态随机存取存储器单元,这与90nm硅技术节点相当。

然后在金属和纳米管之间引入全接触结构,以实现90Ωμm的低接触电阻,并降低对接触长度的依赖性。这用于创建具有55nm(对应于10nm节点)接触栅极间距的纳米管场效应晶体管FET,其载流子迁移率和费米速度高于10nm硅金属氧化物半导体晶体管。

基于90nm节点,碳纳米管场效应晶体管CNT FET平行阵列的超大规模6T 静态随机存取存储器static random-access memory,SRAM单元(结构图在底部)。

近年来,碳纳米管电子学的研究在材料、器件和电路等方面取得了巨大发展。碳纳米管以其极高的热导率、独特的一维输运结构,为微纳电子器件提供了一个重要途径。碳纳米管有较大的比表面积,且其表面有许多悬挂键对气体有良好的吸附能力,已成为传感器件的关键部分。

IBM公司利用其碳纳米管生产技术可以开发具有优异性能的微芯片技术。这种新型碳纳米管微芯片具有非常快的运算速度,可以使计算机运算速度达到硅芯片的1000倍以上。

日本瑞翁公司利用超级生长法成功开发出了碳纳米管-橡胶复合片状系统热界面材料。与现有热界面材料相比,热阻值更加优异且性能与可靠性更强,可作为解决服务器或功率器件热问题的关键材料。

材料特性参考

碳纳米管特性:重量轻,六边形结构连接完美,具有许多优异的力学性能、导电性能和化学性能。

具体而言,碳纳米管的电导率高达108 S•m-1,是铜金属的一万倍;常温下热导率通常在3000 W•(m•K)-1以上,远超其它金属材料;碳纳米管密度仅为钢的1/6,但抗拉强度却是钢的100倍,最高可达200Gpa;弹性模量达1.34Tpa,与金刚石相当,是钢的5倍。除此之外,碳纳米管还具有弹性高、比表面积大、稳定性好和抗疲劳性能等。近些年随着对碳纳米管的深入研究,其广阔的应用前景也不断地展现出来。

最高的比强度:连接碳纳米管中碳原子的共价键是自然界最稳定的化学键。碳纳米管有极高的抗拉强度和弹性模量,与此同时,碳纳米管的密度却只有钢的1/6,是目前可以制备出的具有最高比强度的材料。

强柔韧性:碳纳米管强度高却不脆。弯曲碳纳米管或在轴向对其施加压力时,即使外力超过Euler强度极限或弯曲强度,碳纳米管也不会断裂,而是首先发生大角度弯曲,当外力释放后,碳纳米管又恢复原状。

良好的导电性:碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同,具有良好的导电性。碳纳米管的电阻和其长度及直径无关,电子通过碳纳米管时不会产生热量加热碳纳米管。电子在碳纳米管中的传输就像光信号在光学纤维电缆中传输一样,能量损失微小,是优良的电池导电剂

优越的嵌锂特性:碳纳米管的中空管腔、管与管之间的间隙、管壁中层与层之间的空隙及管结构中的各种缺陷,为锂离子提供了丰富的存储空间和运输通道。

储氢性能良好:碳纳米管本身具有高比表面积,再经过处理后具有优异的储氢能力。

化学稳定性:碳纳米管化学性质稳定,具有耐酸性和耐碱性。在高分子复合材料中添加碳纳米管可以提高材料本身的阻酸抗氧化性能。

现有市场:动力电池正负极需求,叠加保守估计下的消费类电池及储能电池需求,预计2025年碳纳米管总市场空间有望突破400亿元,2022-2025年CAGR约100%。

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全部讨论

2023-08-04 11:35

#天奈科技#是不是雪中送碳,总得过几天才能知道

2023-07-23 09:47

跟无赖科技有半毛钱关系?