我們多年來(lái)所聽(tīng)到的所有驚人的碳納米管邏輯電路都有一個(gè)骯臟的秘密：有些納米管是金屬的而不是半導體類(lèi)型。這一小部分壞管對于邏輯電路來(lái)說(shuō)并不是什么大問(wèn)題。它們會(huì )增加一些噪音，但邏輯的數字特性無(wú)法解決。問(wèn)題一直是模擬電路。

對于模擬，該雜散金屬納米管也可以是蛇怪毒液。“單個(gè)金屬[碳納米管]會(huì )在簡(jiǎn)單的放大器中導致完整的電路故障，”Aya G. Amer 上周在舊金山舉行的IEEE國際固態(tài)電路會(huì )議上向工程師解釋道。Amer和她在麻省理工學(xué)院Max Shulaker實(shí)驗室的同事找到了解決這個(gè)問(wèn)題的方法，創(chuàng )造了第一個(gè)碳納米管混合信號集成電路。

他們的解決方案取決于碳納米管場(chǎng)效應晶體管(CNTFET)和電阻RAM存儲器(RRAM)的3D集成， Shulaker是H.-S.的先驅技術(shù)。Philip Wong 和 Subhasish Mitra 在斯坦福大學(xué)期間。[三人組合描述了“ 使用碳納米管計算 ”中基于碳納米管的計算機的路徑， IEEE Spectrum， 2016 年 7月。

該過(guò)程包括將碳納米管沉積在已經(jīng)生產(chǎn)的硅電路層上，處理這些電路以形成晶體管及其互連，然后在該堆疊頂部構建RRAM。這不是可以使用硅電子層來(lái)完成的，因為所涉及的工藝溫度會(huì )破壞金屬互連。即使堆疊預處理的硅芯片也無(wú)法與之匹配，因為這些芯片的垂直連接能力有限。斯坦福/麻省理工學(xué)院方法中的垂直互連密度可達數千倍，從而提高了層間帶寬。

美國國防高級研究計劃局對這項技術(shù)非常熱衷，它正在 為明尼蘇達州布盧明頓的SkyWater Technology Foundry開(kāi)發(fā)制造工藝投入6100萬(wàn)美元。

模擬過(guò)程首先構建邏輯所需的相同類(lèi)型的CNTFET。這基本上是一個(gè)埋在通道下方的金屬柵極，該通道由許多水平排列的碳納米管制成，在源極和漏極之間延伸。這些納米管中的至少一個(gè)可能是金屬的; 訣竅是隔離它并將其從任何未來(lái)的電路中取出。為此，Shulaker的團隊將源電極分成三塊。統計上，這些中只有一個(gè)會(huì )連接到金屬電極上。

為了確定哪一個(gè)并將其從電路中移除，它們在每個(gè)漏電極頂上集成了RRAM單元。RRAM以阻力的形式保存數據。一個(gè)方向的流動(dòng)電流和電阻增加。沿另一個(gè)方向流動(dòng)它會(huì )減少。因此，他們在包括RRAM和納米管的電路上施加電壓。對于具有半導體連接的兩個(gè)，這沒(méi)有效果; 沒(méi)有電流可以流動(dòng)，因為晶體管的柵極沒(méi)有通電。但對于那個(gè)隱藏金屬納米管的人來(lái)說(shuō)，情況就完全不同了。金屬納米管充當晶體管的短路，通過(guò)它及其附著(zhù)的RRAM電池注入電流。這導致RRAM電池的電阻跳躍到如此之高的值，以至于它有效地切斷了包含金屬納米管的路徑。

Amer和Shulaker將這一過(guò)程稱(chēng)為“RRAM和CNFET的自我修復模擬”(SHARC); 它是自我修復的，因為晶體管消除了它自己的缺陷。該團隊構建了兩個(gè)混合信號電路，在模擬部分使用SHARC，一個(gè)4位數模轉換器和4位模數轉換器。使用306個(gè)CNFET，后者是迄今為止報道的最大的CMOS碳納米管電路。

Shulaker說(shuō)，SHARC技術(shù)“與我們正在做的一系列事情很好地結合在一起”，包括SkyWater項目。“DARPA計劃是關(guān)于計算的，計算不僅僅是”數字邏輯。