我們多年來所聽到的所有驚人的碳納米管邏輯電路都有一個骯臟的秘密：有些納米管是金屬的而不是半導(dǎo)體類型。這一小部分壞管對于邏輯電路來說并不是什么大問題。它們會增加一些噪音，但邏輯的數(shù)字特性無法解決。問題一直是模擬電路。

對于模擬，該雜散金屬納米管也可以是蛇怪毒液。“單個金屬[碳納米管]會在簡單的放大器中導(dǎo)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)電路會議上向工程師解釋道。Amer和她在麻省理工學(xué)院Max Shulaker實驗室的同事找到了解決這個問題的方法，創(chuàng)造了第一個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效應(yīng)晶體管(CNTFET)和電阻RAM存儲器(RRAM)的3D集成， Shulaker是H.-S.的先驅(qū)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(gòu)建RRAM。這不是可以使用硅電子層來完成的，因為所涉及的工藝溫度會破壞金屬互連。即使堆疊預(yù)處理的硅芯片也無法與之匹配，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(shù)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開發(fā)制造工藝投入6100萬美元。

模擬過程首先構(gòu)建邏輯所需的相同類型的CNTFET。這基本上是一個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可能是金屬的; 訣竅是隔離它并將其從任何未來的電路中取出。為此，Shulaker的團隊將源電極分成三塊。統(tǒng)計上，這些中只有一個會連接到金屬電極上。

為了確定哪一個并將其從電路中移除，它們在每個漏電極頂上集成了RRAM單元。RRAM以阻力的形式保存數(shù)據(jù)。一個方向的流動電流和電阻增加。沿另一個方向流動它會減少。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(dǎo)體連接的兩個，這沒有效果; 沒有電流可以流動，因為晶體管的柵極沒有通電。但對于那個隱藏金屬納米管的人來說，情況就完全不同了。金屬納米管充當(dāng)晶體管的短路，通過它及其附著的RRAM電池注入電流。這導(dǎo)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將這一過程稱為“RRAM和CNFET的自我修復(fù)模擬”(SHARC); 它是自我修復(fù)的，因為晶體管消除了它自己的缺陷。該團隊構(gòu)建了兩個混合信號電路，在模擬部分使用SHARC，一個4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器和4位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。使用306個CNFET，后者是迄今為止報道的最大的CMOS碳納米管電路。

Shulaker說，SHARC技術(shù)“與我們正在做的一系列事情很好地結(jié)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(shù)字邏輯。