Новости Hardware → нанотехнологии
Главная новость

«Кремниевые» аккумуляторы увеличат время работы устройств в 10 раз

«Кремниевые» аккумуляторы увеличат время работы устройств в 10 раз

Наверняка каждый из наших читателей подтвердит, что батарейка его мечты всё ещё где-то там — за горизонтом. Несмотря на колоссальные усилия разработчиков, характеристики аккумуляторов фактически остановили свой качественный рост. Между тем метаться от розетки к розетке приходится всё чаще и чаще. Выходом, хотя бы промежуточным, могут стать аккумуляторы с кремниевым анодом. В качестве электролита будет использоваться всё тот же старый добрый литиево-ионный наполнитель, но кремниевая основа перспективных анодов обещает лучше и полнее с ним взаимодействовать. В перспективе ёмкости аккумуляторов с кремниевыми анодами могут оказаться в 10 раз больше, чем у современных батарей.

Разработкой кремниевых анодов несколько лет в содружестве занимаются группа учёных из Университета Стэнфорда и группа из SLAC National Accelerator Laboratory. Свежая публикация на сайте SLAC даёт понять, что уже придуман и опробован способ получения устойчивых к разрушению кремниевых анодов. Дело в том, что в процессе заряда частицы кремния в составе анода увеличиваются в размерах до трёх раз. Это приводит к быстрому разрушению частиц на более мелкие части, что ухудшает параметры аккумуляторов. Также частицы анода от взаимодействия с электролитом покрываются тонкой плёнкой вещества, что также ухудшает их характеристики, поскольку проводимость в этом случае снижается. Ранее группа предложила создавать аноды в виде условного фрукта граната, в котором зёрна-частицы разделены оболочкой. Предложенная методика инкапсулирования частиц кремния как раз отвечает этой задумке.

Быстрый переход

imec открывает новую «чистую комнату» для освоения техпроцессов с нормами менее 7 нм

Крупнейший в мире независимый исследовательский центр — бельгийский imec — открыл на днях новую «чистую комнату» для освоения техпроцессов с нормами менее 7 нм. В «чистых комнатах» находится литографическое оборудование для переноса изображения с фотошаблонов на полупроводниковые пластины. Новая «чистая комната» imec вместила линии для обработки 300-мм кремниевых пластин — наибольшего из имеющихся сегодня в ходу типоразмеров.

Здание imec с новой «чистой комнатой» (imec )

Здание imec с новой «чистой комнатой» (imec )

Общая площадь нового помещения составила 4000 квадратных метров. На строительство здания ушло 20 месяцев и свыше одного миллиарда евро. Тем самым общая площадь «чистых комнат» imec достигла внушительного числа 12 000 квадратных метров. Можно ожидать, что новые линии для освоения техпроцессов с нормами менее 7 нм опираются на EUV-оборудование компании ASML. В пресс-релизе imec об этом ничего нет, но сообщается, что новые линии используют опытные сканеры ранних (альфа и бета) версий. Центр imec, кстати, уже имеет на руках опытный кремний с 5-нм чипами.

Пример сканера компании ASML (ASML)

Пример сканера компании ASML (ASML)

Новые линии дополнят экспериментальные и коммерческие линии imec для выпуска полупроводников с лейблом «Made in Europe». Кроме перспективных исследований центр imec занимается обслуживанием коммерческих заказов на проектирование и производство микросхем для больших и маленьких европейских компаний. В активе центра имеются опытные линии по выпуску биоэлектроники, нейроэлектроники, беспроводных чипов, солнечных панелей, кремниевой фотоники на основе GaN-on-Si (нитрид галлия на кремнии) и MEMS-схем (микроэлектромеханические). Новые линии в новой «чистой комнате» дополнят этот список возможностью выпускать чипы с размером элементов длиной в считанные единицы атомов.

Источник:

MWC 2016: прототипы устройств на основе графена

По следам Mobile World Congress, который состоялся на неделе в Барселоне, хочется упомянуть ещё об одной части выставки — быть может, не столь заметной, как масса новых гаджетов, представленных в этом году, однако то, о чём мы сейчас поговорим, в действительности более важно для компьютерной индустрии, чем новый смартфон.

Наиболее известным из потенциальных применений графена являются интегральные схемы, в которых данный материал способен заменить кремний в качестве полупроводника, формирующего затворы полевых транзисторов. И действительно, на MWC была продемонстрирована медная пластина подходящего для фотолитографии формата, покрытая невидимым для невооруженного глаза слоем графена. Медь в данном случае выполняет роль катализатора, а на следующих этапах обработки от неё необходимо будет избавиться. Однако что-то более сложное, чем равномерный слой, на базе графена пока создать не так-то просто. Как нам сказал представитель компании, изготовившей пластину — Graphenea, доработка технологии до коммерческой стадии займет ещё приблизительно двадцать лет.

Хорошие новости в том, что графен уже готов к практическому применению в более тривиальных областях. К примеру, можно создавать композитные материалы, обладающие улучшенными свойствами, добавляя графен в пластик, резину или углеволокно. Причём для этого не обязательно использовать дорогостоящий в производстве однослойный графен. Достаточно множества фрагментов, состоящих из нескольких атомарных слоев. На стенде компании Haydale можно было увидеть образцы перечисленных продуктов. В данном случае графен усиливает прочность изделий и придаёт им свойство электропроводности.

 

Добавление графена в обычные углеродные чернила снижает в 4–5 раз сопротивление цепей, нанесённых на бумагу либо пластик при помощи принтера. Кстати, таким способом уже создаются не только проводники, но, к примеру, и транзисторы.

Haydale также показала прототип датчика давления, который представляет собой два слоя полос из графита с добавлением графена, разделённых диэлектриком. Эффект основан на том, что приложение давления в определенной точке заставляет частицы графена временно выравниваться относительно друг друга. Опытный образец обеспечивает измерение с ошибкой в пределах 2–5 %.

ICFO продемонстрировал образцы оптических датчиков с применением графена, которые можно использовать, к примеру, для регистрации пульса в носимой электронике — часах, браслетах и пр. В отличие от датчиков, которые уже используются в этой области, графен позволяет сделать их гибкими.

 

ZAP&GO — это внешний аккумулятор для зарядки электронных устройств на основе конденсатора, обладающий ёмкостью 750 мА·ч. Стандартный конденсатор подобной емкости представляет собой круглую «банку», но применение графена позволило создать плоскую деталь и увеличить площадь внутренних пластин. Устройство полностью заряжается за пять минут. Следующие итерации технологии, как утверждает разработчик (компания Zapgocharger), достигнут показателей 1500 и 3000 мА·ч соответственно. Банк допускает вплоть до 100 тыс. циклов зарядки — то есть он практически вечный по сравнению с химическими батареями. Кроме того, в отличие от аккумуляторов, ZAP&GO не горит и не содержит ядовитого лития. Потенциально супер-конденсаторы на основе графена можно применять и в других областях — бытовые приборы, строительные инструменты и, конечно же, электромобили.

 

Источник:

В Нью-Йорке появится центр изучения проблем EUV-литографии

Переход на сканеры для полупроводниковой литографии в жёстком ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 13,5 нм не просто назрел, он перезрел, как минимум на пять, а то и больше лет. Давным-давно производители собирались начать использовать EUV-литографию в 2005 году или около того. Череда больших и малых кризисов поломала эти планы. Кризис «доткомов», кризис перепроизводства компьютерной памяти, корпоративный кризис, финансово-кредитный кризис 2008 года, начало сокращения рынка ПК — это всё сдерживало серьёзные капитальные вливания в принципиально новое оборудование. Тянули на старом: прогоняли по две проекции с чуть смещёнными фотошаблонами, играли с полутенями и интерференцией, для повышения разрешающей способности погружали оптику проекторов в жидкости — 193-нм сканеры всё работали и работали. До техпроцесса с нормами 7 нм, как оказалось, без EUV-проекции всё ещё можно обойтись. Дальше — себе дороже. Иными словами, переход на EUV-проекцию всё-таки назрел.

Типичная оптическая колонна для 193-нм сканеров

Типичная оптическая колонна для 193-нм сканеров

К сожалению, EUV-сканеры — это ещё не всё, что необходимо для перехода на новое оборудование. Для работы с EUV-излучением требуются новый светочувствительный материал — фоторезист, а также фотомаски из другого материала. Излучение очень жёсткое и традиционные материалы быстро и надёжно разрушаются под его воздействием. Стоимость фотомасок давно приблизилась к одному миллиону долларов США за каждую, и никто в здравом уме не собирается сжигать такую дорогую вещь за один проход. Также надо учитывать, что оптическая система EUV-сканеров работает на отражении — через систему фокусирующих зеркал, тогда как оптическая система современных сканеров работает на просвет. Соответственно, новые фотомаски должны быть зеркальными, а не прозрачными. В общем, нерешённых проблем остаётся много, а времени до желательного начала производства с помощью EUV-сканеров всё меньше. Индустрия жаждет начать коммерческое использование EUV-сканеров в 2018 или в 2019 году — через два-три года.

Общий принцип организации оптической системы EUV-установки

Общий принцип организации оптической системы EUV-установки

Можно ожидать, что многих проблем, связанных с EUV-литографией, в одиночку не решить — они комплексные, а решение требует значительных затрат на исследования. В связи с этим компания GlobalFoundries и Политехнический Институт SUNY (штат Нью-Йорк) договорились создать центр по изучению проблем EUV-литографии. Центр будет решать вопросы с применением EUV-сканеров для производства полупроводников с нормами 7 нм и меньшими. Предусмотренный объём финансирования — 500 млн долларов CША в течение пяти лет. Центр получит один сканер ASML NXE:3300 и примет на работу около 100 человек исследователей. Создаётся ощущение, что организаторы опоздали с этим центром лет на пять, но лишним он всё равно не будет даже сейчас.

Источник:

Наноматериал из Сколково может заменить оксид индия при производстве сенсорных дисплеев

Прозрачные проводящие плёнки, выполняющие роль прозрачных электродов и применяющиеся при изготовлении современных сенсорных панелей, классических жидкокристаллических мониторов/ТВ, а также при производстве OLED-дисплеев, имеют один серьёзный недостаток. В роли базового материала, из которого выполняются прозрачные проводящие плёнки, выступает легированный оксид олова (SnO2) или оксид индия (In2O). Последнее соединение отвечает всем современным стандартам производства сенсорных дисплеев, однако сложный технологический процесс при работе с оксидом индия отражается на стоимости конечной продукции.  

Заняться поиском альтернативных материалов, которые можно было бы использовать для создания ничем не уступающих по своим параметрам аналогов современных прозрачных проводящих плёнок, решили специалисты из лаборатории наноматериалов Сколковского института науки и технологий. Руководителем проекта выступил профессор Альберт Насибулин, под чьим руководством и был разработан российский наноматериал, о котором пойдёт речь ниже. 

Дмитрий Рогулин/ТАСС

Дмитрий Рогулин/ТАСС

Команда из Сколково предложила в качестве замены оксиду индия гибридный наноматериал, в составе которого значится графен и углеродные нанотрубки. Производственный цикл анонсированной разработки выглядит на данном этапе следующим образом: на плёнку из  углеродных нанотрубок наносится методом напыления покрытие из оксида графена. Далее происходит его термическое восстановление, после чего происходит легирование гибридного наноматериала хлоридом золота.

В результате проделанных манипуляций инженерам Сколтеха удалось на выходе получить исходный материал для изготовления прозрачных проводящих плёнок без использования привычного оксида индия. При этом, как утверждается в подготовленном лабораторией наноматериалов отчёте, результаты первых тестов говорят о впечатляющих оптоэлектрических и прочих свойствах полученного «гибрида».

Источник:

Предложены литиево-ионные аккумуляторы с защитой от перегрева

Как известно, литиево-ионные аккумуляторы подвержены риску возгорания и даже взрыва. Физические или электрические пробои ведут к замыканиям в среде электролита и к резкому росту температуры — до 150 градусов по Цельсию. Всё это ограничивает сферу использования литиево-ионных аккумуляторов, ведёт к неудобствам при транспортировке и часто служит причиной отзыва уже отгруженной продукции. Возможно, новая разработка группы учёных из Университета Стэнфорда раз и навсегда решит проблему возгорания литиево-ионных аккумуляторов и батарей. Более того, предложенная технология включает возможность автоматического возврата аккумулятора в рабочий режим после остывания до безопасной температуры.

Полимерная плёнка для литиево-ионного аккумулятора с реверсивным термопредохранителем (Stanford)

Полимерная плёнка для литиево-ионного аккумулятора с реверсивным термопредохранителем (Stanford)

Согласно предложению учёных, один из электродов литиево-ионного аккумулятора можно изготовить на основе полиэтиленовой плёнке с покрытием из наночастиц никеля. В свою очередь, для лучшей проводимости наночастицы никеля порываются слоем графена. При нормальных температурах, скажем — до 70 градусов по Цельсию, внутренняя токопроводящая поверхность электрода с плёнкой с наночастицами работает как проводник. В случае повышения температуры выше заданной, а этим можно управлять, меняя химический состав плёнки, происходит коробление с массовыми разрывами на уровне потери контактов между наночастицами. Течение тока останавливается, и батарея начинает остывать. После снижения температуры до безопасного уровня аккумулятор возобновляет работу в обычном режиме.

Принцип работы аккумулятора с защитой от перегрева на основе наночастиц (Nature)

Принцип работы аккумулятора с защитой от перегрева на основе наночастиц (Nature)

Разработчики проверили теорию на практике. При разогреве образца строительным феном сопротивление плёнки с наночастицами резко возрастало, разрывая контакт в импровизированной цепи. После остывания цепь снова возобновляла работу. Аккумуляторы с подобной защитой, уверены учёные, помогут существенно снизить затраты, связанные сегодня с отзывом и заменой батарей, а также ликвидируют проблему с самовозгоранием литиево-ионных аккумуляторов. На наш взгляд, это лишь частично решает вопрос с защитой аккумуляторов. Такая неисправность, как короткое замыкание между обкладками аккумулятора не является реверсивной, и вышедший из строя аккумулятор подлежит замене. Но от пожара подобная защита действительно может уберечь.

Демонстрация работы реверсивного термопредохранителя в простой электрической цепи (Nature)

Демонстрация работы реверсивного термопредохранителя в простой электрической цепи (Nature)

Источник:

Графеновые микрофоны демонстрируют рекордную чувствительность

Графен — относительно новый материал, имеющий огромный потенциал для использования в электронике. К примеру, в Белградском университете, что в Сербии, из него впервые в мире изготовили многослойную мембрану конденсаторного микрофона. Как показали тесты, благодаря графену микрофон обладает в среднем на более чем 10 дБ повышенной чувствительностью по сравнению с профессиональными студийными решениями с никелевыми мембранами.

iopscience.iop.org

iopscience.iop.org

Как сказано в научной статье одного из авторов разработки Марко Спасеновича (Marko Spasenovic), опубликованной в издании 2D Materials, малый вес в сочетании с высокими гибкостью и прочностью делают графен идеальным акустическим материалом.

При изготовлении прототипа учёные использовали плазмохимический процесс осаждения из газовой фазы. Таким способом на подложку из никелевой фольги было нанесено 60 слоёв графена, а остальные компоненты опытного устройства были взяты от обычного серийного конденсаторного микрофона.

iopscience.iop.org

iopscience.iop.org

Но на этом сотрудники университета останавливаться не намерены: они уже смоделировали мембрану, которая состоит из 300 слоёв графена и может работать в ультразвуковом спектре на частотах до 1 МГц, что в 50 раз превосходит возможности человеческого слуха. Однако ни одна из их разработок пока не готова превратиться в коммерческий продукт — всё упирается в слишком высокую стоимость производства графена. Однако промышленность ищет пути снижения его цены, так что в будущем мы можем рассчитывать на возможность приобрести графеновые микрофоны в обычном магазине электроники.

Источник:

Нанопечатное оборудование Canon способно выпускать 11-нм чипы

С 4 по 6 ноября в Токио прошла очередная выставка Tokyo International Forum 2015. Одним из центров притяжения мероприятия стала экспозиция компании Canon — Canon Expo. Но прежде отметим, что компания известна не только своими фотокамерами. Это один из немногих в мире производителей оборудования для производства полупроводников. Как и её коллеги по цеху, Canon столкнулась с трудностями при создании эффективных инструментов для освоения полупроводниковой литографии с нормами менее 20 нм. Проблему приходится решать многократным экспонированием с использованием двух и более фотошаблонов, что заставляет балансировать на грани прибыльности. Есть ли альтернатива? Для определённых задач, уверены в Canon, такая альтернатива есть.

Несколько лет назад компания Canon всерьёз взялась за создание оборудования с использованием нанопечатных технологий. Рабочим инструментом такого оборудования является условно простой трафарет для оттиска, а не лазер с его сложной оптической системой. Теоретически трафарет можно изготовить для выпуска полупроводников с любыми нормами производства без оглядки на длину волны актуальных сканеров. Это будет недёшево, но окупится при производстве. Также следует отметить, что нанопечатная литография работает заметно медленнее, чем лазерная. Этот недостаток (или особенность) можно компенсировать, разместив бок о бок несколько установок для печати, благо они значительно меньше по габаритам, чем традиционный сканер.

Трафарет Canon для нанопечатной литографии с нормами 11 нм (Nikkei Business Publications)

Трафарет Canon для нанопечатной литографии с нормами 11 нм (Nikkei Business Publications)

На выставке Tokyo International Forum 2015 компания Canon показала трафарет и 300-мм полупроводниковую пластину с 11-нм элементами, доказав возможность наладить выпуск передовых решений в самое ближайшее время. Впрочем, серийное нанопечатное литографическое оборудование Canon будет ориентировано на чуть больший размер элемента. Ориентировочно — на 16-нм. Оборудование для таких задач компания начнёт поставлять в 2016 году. Следовательно, нанопечатная полупроводниковая продукция пойдёт потоком не позднее 2018 года.

300-мм полупроводниковая пластина с чипами, обработанная с помощью трафарета (Nikkei Business Publications)

300-мм полупроводниковая пластина с чипами, обработанная с помощью трафарета (Nikkei Business Publications)

Судя по всему, первым клиентом на нанопечатные станки Canon окажется компания Toshiba. Раньше неоднократно сообщалось, что Toshiba рассчитывает использовать нанопечать Canon для выпуска 15-нм флеш-памяти NAND-типа. Следует подчеркнуть, что нанопечатные технологии плохо подходят для выпуска логических микросхем. Трафареты испытывают физическую нагрузку в процессе работы, поэтому сравнительно быстро засоряются и разрушаются. И если «битую» ячейку в блоке NAND-флеш можно обойти кодом коррекции, то отключить блок в микропроцессоре — это всё равно, что признать микросхему негодной к использованию.

Наконец, у нанопечатной литографии есть ещё одна перспективная ниша применения — это производство высокоплотных магнитных пластин для жёстких дисков. Нанопечать позволяет создавать на пластине регулярную структуру из магнитных доменов, заключённых в обособленные островки с очень мелким шагом, недоступным для записи традиционными магнитными головками. Но это уже другая история.

Источник:

Создан самый чёрный материал на Земле

Считается, что создание абсолютно чёрного материала, поглощающего 100 % света, невозможно, однако группе учёных из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (King Abdulla University of Science and Technology, KAUST), находящегося в Саудовской Аравии, удалось максимально приблизиться к этому значению. Изобретённый ими материал имеет полное право называться самым чёрным, так как поглощает 98–99 % световых волн в диапазоне 400–1400 нм независимо от угла поляризации, то есть на 26 % больше, чем прежние разработки на основе углеродных нанотрубок. Собственного названия у новой технологии пока нет, а вот идей для её применения уже масса — от оптических приборов до солнечных батарей.

На изобретение материала с рекордным светопоглощением учёных вдохновила сама природа. Изучив панцирь жука Cyphochilus, имеющий особенную кристаллическую структуру и вследствие этого способный рассеивать максимальное количество света в видимом диапазоне, они решили воспроизвести нечто подобное, но только с обратным эффектом.

Поверхность нового материала покрыта хаотично расположенными на ней наночастицами, состоящими из наностержней и наносфер диаметром 30 нм. Они образуют некое подобие бесконечных волноводов, практически полностью поглощающих энергию фотонов. При этом материал достаточно прост в производстве и сохраняет свои свойства как на открытом воздухе, так и в жидкой среде. Кроме того, воздействуя на него лазером, исследователи получили новый источник монохроматического излучения.

Источник:

IBM взяла ещё один барьер на пути к транзисторам из углеродных нанотрубок

Летом этого года компания IBM завершила передачу двух своих заводов компании GlobalFoundries. Тем самым, помимо прочего, компания лишилась опытного производства в Ист-Фишкилл (East Fishkill), где она обкатывала разработки, относящиеся к новым техпроцессам. Также компания IBM лишилась значительной части опытных инженеров, которые теперь будут разрабатывать техпроцессы в составе GlobalFoundries. Означает ли это, что IBM больше не будет уделять R&D должного внимания? Нет, не означает. Летом прошлого года компания утвердила пятилетний план по разработкам с объёмом финансирования в 3 млрд долларов США.

Ключевым моментом плана считается переход к посткремниевой электронике. Это и поиск новых материалов, и разработка техпроцессов с нормами менее 7 нм, и создание новых транзисторов. Наиболее перспективным направлением в данном случае признаётся разработка электронных приборов с использованием углеродных нанотрубок. Углеродная нанотрубка — это свёрнутый в трубочку графен. Её стенка толщиной в один атом, что позволит приблизиться к транзисторам со структурой масштаба атомов. При этом электрические свойства углеродных нанотрубок значительно превосходят электрические свойства традиционных полупроводников на основе кремния.

На днях компания IBM сообщила, что она преодолела очередной барьер на пути к транзисторам с каналом из углеродных нанотрубок. Больным местом подобных электронных приборов оставался контакт между транзисторным каналом и токопроводящими площадками с обеих сторон канала. По мере снижения масштаба производства площадь металлических контактов тоже снижалась, что вело к увеличению сопротивления в месте соединения. Возросшее сопротивление — это потери и, в итоге, ухудшение характеристик транзисторов.

Условная конструкция транзистора на основе углеродной нанотрубки (первые CNT-транзисторы будут содержать в канале от сотен до тысяч нанотрубок))

Условная конструкция транзистора на основе углеродной нанотрубки (первые CNT-транзисторы будут содержать в канале от сотен до тысяч нанотрубок)

Для решения данной проблемы в IBM создали уникальную технологию — что-то типа химической сварки. Атомы углерода в концах нанотрубок привязываются к атомам металлов в месте контакта, чем значительно снижается сопротивление контакта. Данные об эксперименте опубликованы компанией в журнале Nature от 2 октября. По словам IBM, данная технология обещает открыть путь к техпроцессам с нормами до 1,8 нм. Компания IBM в этом году уже показала опытный чип, выпущенный с нормами 7 нм. Можно ожидать, что она в дальнейшем также продолжит данную практику. 

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥