Черговий рубіж, «який призначається» законом Мура кожному наступному поколінню чіпів, підкоряється все важче. Деякі дослідники вважають, що найбільш ефективним способом виробництва стане використання «молекулярних систем, що самоорганізуються структур», в яких мікросхеми, по суті, вирощують самі себе
Концепція нанотехнологій знайома багатьом, хоча розміри, про які йде мова, просто не вкладаються в голові. Легко зрозуміти, чому така сверхмініатюрізація викликає великий інтерес у виробників напівпровідникових пристроїв. Черговий рубіж, «який призначається» законом Мура кожному наступному поколінню чіпів, підкоряється все важче.
Деякі дослідники вважають, що найбільш ефективним способом виробництва стане використання «молекулярних систем, що самоорганізуються структур», в яких мікросхеми, по суті, вирощують самі себе. У IBM, Texas Instruments, Fujitsu і Hewlett-Packard працюють над самоорганізації компонентами, які можна об'єднувати з традиційними кремнієвими чіпами. У той же час менш відомі фірми, такі як ZettaCore і Cambrios Technologies, мають на меті повністю відмовитися від використання кремнію і створювати з молекул цілі напівпровідникові пристрої.
Але, як попереджають експерти, ця гонка скоріше нагадує марафон, ніж спринт, і фініш її відбудеться, як мінімум, років через двадцять.
природні шаблони
Самоорганізація - тенденція деяких структур природним чином приймати ту чи іншу форму - це одне з найпоширеніших явищ природи. Так, наприклад, певні поєднання напрямку вітру, температури і вологості повітря ведуть до формування різних видів ураганів.
По суті, ці процеси відрізняються від молекулярних тільки масштабом. Певні молекули утворюють комбінацію без будь-якого стороннього втручання і передбачуваним чином. «Деякі молекули« дізнаються »один одного і знаходять природні низькоенергетичні стану», - стверджує Грант Макгімпсі, професор біології і директор Інституту біоінженерії Вустерского політехнічного інституту (штат Массачусетс).
Популярний приклад (який, як передбачається, відіграє помітну роль у виробництві мікросхем) - це SAM (self-assembling monolayer - «самоорганізується мономолекулярний шар»). При правильних умовах підкладка і молекули з довгими вуглецевими ланцюжками з'єднуються, формуючи SAM.
«Щодо SAM абсолютно ясно одне - шари дуже добре впорядковані», - підкреслив Макгімпсі. Поле цих SAM, які виступають з підкладки під певним кутом (як невеликий шматочок товстого, ретельно доглянутого газону), може служити декільком цілям, зокрема сприяти поліпшенню провідності або збільшувати площі поверхні. Такий порядок, за словами Макгімпсі, означає передбачувану структуру і, як наслідок цього, передбачувані властивості.
Зараз управління самоорганізації молекулами, які могли б використовуватися в напівпровідникових пристроях, обмежена лише мінімальним числом базових структур. Однак вчені вважають, що це гідність, а не недолік.
Через високу вартість обладнання в галузі напівпровідникових пристроїв процеси змінюються дуже повільно. В силу цього впровадження самоорганізації при виробництві інтегрованих мікросхем буде відбуватися дуже повільно. Перші реалізації будуть простими і не дуже вражаючими.
Наприклад, IBM Research використовує самоорганізацію для збільшення на 400% продуктивності Високоємкий «розв'язує» конденсатора, компонента інтегральної схеми, який забезпечує підтримку стабільного, без перепадів електроживлення.
«Самоорганізуються матеріали формують дуже прості шаблони, - пояснив науковий співробітник лабораторії IBM Research Чак Блек. - Такі структури можна зробити набагато менше, ніж ті, що виходять за допомогою літографії, традиційною технологією виробництва мікросхем ».
Концепція масової структури, розміри якої обчислюються атомами, допомагає пояснити, чому вчені сприймають нанотехнологію як засіб, здатний дати новий імпульс галузі та гарантувати істинність закону Мура.
У підсумку, як вважає Макгімпсі, відкриваються величезні можливості щодо зменшення розмірів мікросхем. «Якщо замінити всі вентилі сучасних напівпровідникових пристроїв атомами, то можна скоротити розмір мікросхем в десятки тисяч разів і в стільки ж разів збільшити швидкість», - зауважив він.
Одна з ознак того, що самоорганізацію почнуть використовувати у виробництві вже через кілька років, а не десятиліть, - це зусилля, які робляться з тим, щоб об'єднати цю методику з традиційною літографією. Наприклад, одне з останніх (і найбільш вражаючих, на думку Блека) відкриттів, зроблених в IBM, - це поліпшення процесів, що дозволило корпорації «підганяти», або підлаштовувати, самоорганізуються компоненти до тих, які були створені за допомогою літографії. Традиційні мікросхеми мають близько 30 літографічних шарів, і точна їх підгонка - одна з неодмінних умов впровадження технології у виробництво. Це дуже складний процес, який стане ще складніше зі зменшенням розмірів мікросхем. Таким чином, створений в IBM спосіб підлаштовувати самоорганізуються компоненти - це, за словами Блека, «прорив, який дозволяє всерйоз задуматися про створення гібридних мікросхем».
Улдріх з NanoVeritas вважає, що складність виробництва кремнієвих мікросхем, розмір яких постійно зменшується, і мільярди доларів, інвестовані в світі в дослідження нанотехнологій, прискорюють появу повнофункціональних систем, що самоорганізуються чіпів. «Такі пристрої будуть створені, - підкреслив Улдріх, - причому швидше, ніж багато хто думає».
Зростання атом по атому
Справжній прорив не так давно вдалося зробити хімікам з Північно-західного університету. вони продемонстрували можливість змусити нанорозмірні стрижні самостійно збиратися в складні структури передбачуваною форми, такі як, наприклад, показана на ілюстрації сфера. Самі стрижні виготовлені методом пошарового приміщення золота і електропровідного полімеру в мікропори трафарету з окису алюмінію. По завершенні синтезу стрижнів шаблон розчиняють, після чого ті залишаються розміщеними паралельно один одному, золотий полюс до золотого, полімерний до полімерному. Формувати плоскі або об'ємні об'єкти їх змушує сильне взаємодія між полімерними полюсами сусідніх стрижнів. Різні структури можна отримувати, варіюючи діаметр стрижнів і змінюючи об'ємне співвідношення полімерного сегмента до золотого. Крім сфер, у такий спосіб можна отримувати, зокрема, плоскі листи і трубки різного діаметру.
Вчені HP Labs зуміли виготовити електропровідну дріт товщиною всього в 10 атомів методом випаровування ербію на поверхню кремнієвої основи. Такі «вирощені» провідники зможуть стати базою «поперечної» архітектури, яку HP висуває в якості альтернативи традиційної конструкції елементів мікросхем. Створений в компанії елемент, який її вчені назвали «поперечним тригером», складається з двох паралельних керуючих провідників, які перетинають третій, сигнальний, під прямим кутом. Один з керівників провідників знаходиться в електричному контакті з сигнальним, інший - ні. Послідовність електричних імпульсів, прикладена до керуючих провідникам, змушує кожен з них змінити стан контакту на протилежне, в результаті чого вся структура виконує операцію логічного заперечення зберігається сигналу. Раніше також були побудовані нанорозмірні елементи, здатні виконувати логічне додавання і множення.
Поділіться матеріалом з колегами і друзями