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

ARM присоединилась к центру IMEC для развития 7-нм техпроцессов

В марте этого года бельгийский исследовательский институт IMEC открыл технологическую площадку для освоения производственных норм менее 7 нм. Это один из немногих европейских научных центров, успешно действующих в этой области, и уже демонстрировавший рабочий образец 5-нм чипа.

Теперь и компания ARM объявила о стратегическом партнёрстве с IMEC в рамках программы INSITE по отладке передовых процессов печати чипов с высокой плотностью размещения транзисторов. Программа была запущена в 2009 году и теперь начитывает более 10 участников, заинтересованных в ускоренном освоении сложных полупроводниковых техпроцессов и снижении рисков. Она позволяет на раннем этапе узнать спецификации технологии, принять решения о необходимых изменениях в дизайне и составить план создания конечной продукции.

ARM сконцентрируется на проблемах проектирования схем и архитектуры системного уровня для оптимизации мощности, производительности, площади и стоимости чипов. IMEC также сообщила о начале сотрудничества с Synopsys в области экранирования и внедрения альтернативных металлов для соединений и материалов затворов при 7-нм и более тонких нормах.

Средства проектирования Synopsys позволяют оценить проводимость материалов путём симуляции процессов на ранних этапах разработки, когда данные о пластине ещё не определены, и на стадиях оптимизации и внедрения технологии, что позволяет сократить расходы на печать тестовых пластин.

Оптимизация продвинутых норм техпроцесса — это крайне сложная задача. Перед разработчиками сейчас стоит сложный выбор большого числа потенциальных дизайнов 7-нм микросхем.

Источники:

GlobalFoundries готова выпускать радиочипы для миллиметрового диапазона

Компания GlobalFoundries осваивает новые направления в производстве микросхем. Очередным техпроцессом, внедрённым на линиях компании, стал SiGe 8XP. Из названия следует, что при производстве полупроводников используется комбинация кремния и германия. Германий в сочетании с кремнием позволяет создать решения, работающие на недостижимых для обычного КМОП-процесса частотах. Так, техпроцесс SiGe 8XP позволяет выпускать решения с рабочей частотой до 340 ГГц.

Работа на высоких частотах требуется для создания телекоммуникационной аппаратуры. Новый техпроцесс с технологическими нормами 130 нм позволит выпускать решения для автомобильных радаров, спутниковой связи, базовых станций сотовой связи, включая чипы для работы в сетях пятого поколения и многое другое. Разработчики подчёркивают, что новый SiGe-техпроцесс GlobalFoundries позволит создать радиочастотные микросхемы дешевле, чем в случае использования арсенида галлия и более прогрессивные, чем в случае традиционного КМОП-техпроцесса.

Схематическое изображение в разрезе модели HBT-транзистора. Справа на картинке расположение электромагнитных полей в приборе (Tuhin Guha Neogi)

Схематическое изображение в разрезе модели HBT-транзистора. Справа на картинке расположение электромагнитных полей в приборе (Tuhin Guha Neogi)

Прогресс в характеристиках радиочастотных чипов с использованием техпроцесса SiGe 8XP достигнут по нескольким направлениям. Во-первых, улучшены биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT). Рабочие шумы приборов снижены, параметры стали стабильнее. Во-вторых, при изготовлении микросхем используется медная металлизация. Применение меди расширило на 25 % диапазон рабочих токов и рабочих температур. В-третьих, чипы SiGe 8XP можно использовать в составе мночиповых (модульных) составных микросхем с помощью межслойных TSVs соединений. Это приведёт к появлению процессорных сборок с интегрированными радиомодулями.

В заключении напомним, что компания GlobalFoundries совершенствует техпроцессы для выпуска радиокомпонентов по двум направлениям. Первое и основное — это заводы, технологии и штат инженеров компании IBM, которые стали собственностью GlobalFoundries летом прошлого года. Второе — компания GlobalFoundries заключила стратегическое соглашение с бельгийским центром IMEC по интеграции радиомодулей в состав SoC. Как видим, наследие и сотрудничество принесло свои плоды.

Источник:

Бывший специалист Intel возглавит разработчиков резистивной памяти

Резистивная память или сокращённо ReRAM (RRAM) упорно сопротивляется лучшим умам человечества. Она весьма заманчива для запуска в массовое производство и обещает высочайшую устойчивость к износу — ReRAM в 1000 раз устойчивее, чем NAND-флеш, но создать коммерчески выгодный техпроцесс производства ReRAM пока ни у кого не получилось. На словах ближе всего к делу запуска коммерческого производства ReRAM подошла компания HP и даже придумала интересное название для нового продукта — мемристор, но воз с мемристорами за прошедшие с тех пор шесть лет так и не сдвинулся со своего места. Более того, теперь компания HP в качестве памяти для своего «козырного» проекта Machine на первом этапе собирается использовать не ReRAM (мемристор), а память с изменяемым фазовым состоянием вещества и, судя по последним событиям, это будет память Intel/Micron 3D XPoint.

ReRAM имеет массу востребованных качеств (HP)

ReRAM имеет массу востребованных качеств (HP)

Всё сказанное выше не означает, что интерес к ReRAM сходит на нет. Разработке резистивной памяти уделяют внимание всё новые и новые компании. Так, в 2014 году в Израиле была организована компания Weebit Nano, которая предложила коммерциализировать одну из модификаций ReRAM. Разработчики лицензировали у Университета Райса семь уникальных патентов, оформленных профессором Джеймсом Туром (James Tour). Судя по всему, речь может идти об одной из последних разработок — о ячейке ReRAM на основе пористого графена и рабочего слоя в виде диоксида кремния. Новые материалы позволяют создать ячейку памяти с относительно простой структурой и достаточно низким рабочим напряжением — порядка 2 вольт, что положительно скажется на себестоимости продукта и на энергоэффективности его работы.

В настоящий момент компания Weebit Nano проходит процедуру покупки австралийской компанией Radar Iron. Голосование акционеров по этому поводу должно состояться в мае. По условию договора, после завершения транзакции компания Radar Iron будет переименована в Weebit Nano. Когда это произойдёт, председателем совета директоров Weebit Nano станет ветеран компании Intel и её последний директор разработчиков процессорных архитектур — Дэвид (Дэди) Перлмуттер (David Perlmutter).

Дэвид Перлмуттер (David Perlmutter) на IDF 2012 (Intel)

Дэвид Перлмуттер (David Perlmutter) на IDF 2012 (Intel)

Дэвид Перлмуттер отработал в компании Intel 34 года и ушёл из неё в феврале 2014 года, когда стало понятно, что никто из старой команды в компании больше не нужен. В Intel меняют стратегию развития, и работа над процессорными архитектурами больше не является наиболее важным направлением для компании. Но такие спецы, как Перлмуттер, без работы долго не остаются. Тем более, что память ReRAM, если и когда она будет доведена до производства, будет востребована также в качестве основы для процессорных архитектур.

Источник:

Фанатам аргентинского футбольного клуба предложили вживить себе биочипы

Приверженность родному футбольному клубу стало для многих большим, чем просто развлечение выходного дня. Особенно, если вы проживаете в стране, которая исконно считается одной из сильнейших футбольных держав в мире. Смешать современные технологии и любовь к футболу воедино, чтобы удовольствие от просмотра игры любимой команды на стадионе было максимальным, предложило руководство футбольного клуба «Тигре» из города Виктория. 

www.youtube.com

www.youtube.com

Для преданных фанатов команды «Тигре», пребывающей в первом дивизионе аргентинского национального чемпионата, была подана на рассмотрение идея воплотить в реальность популярное выражение «I carry you inside me», что означает «всей душой болеть/сопереживать» своей команде. Правда, отдавать душу в случае с ФК «Тигре» не потребуется, а вот вживить под кожу специальный чип болельщикам всё-таки предложили. 

Руководство клуба объяснило, что имплантация микрочипа не несёт в себе цель каким-либо образом отслеживать передвижения фанатов или вторгаться в их частную жизнь. Однако с его помощью прибывшие на матч поклонники команды смогут попасть на стадион лишь прислонив руку к сканеру турникета, что должно ускорить процесс движения очереди. Занимающий пост управляющего «Тигре» Эсекьель Рочино (Ezequiel Rocino) в числе первых успел опробовать на себе технологию, вживив чип под татуировку с клубной символикой на плече. 

www.kgw.com

www.kgw.com

Пока что упомянутая инициатива проходит предварительно-экспериментальную фазу, так как руководству клуба потребуется обязательное одобрение на массовые имплантации чипов со стороны Аргентинской футбольной ассоциации, а также разрешение от организаций здравоохранения. 

Источник:

На Тайване предложена недорогая альтернатива золотым проводникам в чипах

Дальнейшее снижение себестоимости производства микросхем сопряжено с невероятными трудностями. Снижение масштаба технологических норм для широко распространённого КМОП-процесса (металл/оксид/полупроводник) подходит к своему пределу. Сделать микросхемы дешевле можно за счёт более высокой интеграции компонентов, а также за счёт разного рода оптимизаций. Это не самый простой путь к снижению себестоимости, но других вариантов просто не остаётся. А оптимизировать можно многое. Пока снижение себестоимости шло скачками — с одних технологических норм на меньшие, на оптимизацию мало кто обращал внимание. Теперь приходится вглядываться в каждую мелочь. Одной из таких «мелочей» считается внутричиповая обвязка, которая соединяет кристалл с упаковкой и контактами для распайки.

Пример сварки обвязки шариком (TJ Green Associates LLC)

Пример сварки обвязки шариком (TJ Green Associates LLC)

В производстве чипов для обвязки кристаллов наиболее широко используется золото и сплав золота с добавками бериллия. Как альтернатива золоту может применяться медь, рабочие характеристики которой не намного хуже. Гораздо реже и только для больших токов используются алюминиевые проводники с диаметром проводника от сотни и больше микрон. Диаметр золотых проводников, к примеру, начинается от 12 мкм. Это немаленькая статья расхода, сократить которую были бы не прочь многие производители. Можно не сомневаться, что в этом направлении работают многие исследователи. Свой вариант технологии перехода на алюминиевые проводники для обвязки, к примеру, предложил Тайваньский национальный институт NCKU (National Cheng Kung University).

Fлюминиевые проводники, которые могут стать альтернативой золоым в чипах (National Cheng Kung University)

Алюминиевые проводники, которые могут стать альтернативой золотым в чипах (National Cheng Kung University)

Подробный доклад о технологии будет представлен в июле этого года. Пока сообщается, что технология позволяет создать для обвязки кристаллов алюминиевые проводники диаметром 18 мкм — это на порядок меньше, чем обычно. Хитрость разработки заключается в том, что алюминиевая проволока покрывается «нанослоем» цинка. Полученная таким образом проволока имеет все необходимые качества для обвязки кристаллов методом сварки шарика (ball bonding) — она характеризуется необходимой ковкостью и вязкостью и не разрушается в процессе изготовления и упаковки микросхемы. Метод сварки шариком, добавим, использует лазерную (прямой нагрев) или ультразвуковую сварку, когда из проволоки формируется шарик и происходит точечная сварка с контактами на кристалле и в упаковке.

Источник:

Разработка учёных ускорит переход к кремниевой фотонике

Следующим важным этапом на пути развития электроники обещает стать переход к кремниевой фотонике, когда медные проводники во внутричиповых интерфейсах уступят место оптическим каналам связи. Для этого будут использоваться полупроводниковые лазеры в инфракрасном диапазоне, благо для инфракрасного излучения полупроводник прозрачен. Попросту говоря, для прокладки оптических каналов связи внутри процессора не нужно будет изобретать чего-то особенного. Традиционный техпроцесс CMOS для этого годится на все сто процентов. Переход на «оптику» снизит потребление процессоров (и уменьшит объёмы рассеиваемого ими тепла), а также ускорит обмен данными. Проблема кроется в другом — научиться выпускать полупроводниковые лазеры в ходе обычных циклов производства полупроводников на кремниевой пластине.

Сегодня наиболее перспективными для интеграции в чипы считаются полупроводниковые лазеры на квантовых точках (quantum dot laser). Такие лазеры в качестве активной среды в излучающей области используют квантовые точки. Удобство данных структур в том, что в зависимости от выбора размеров квантовой точки можно выбирать длину волны лазера и, тем самым, обеспечить уплотнение каналов передачи данных. Также лазеры на квантовых точках способны работать в расширенном диапазоне температур без ухудшения рабочих характеристик.

Общий принцип работы и строение полупроводникового лазера на квантовых точках (jqi.umd.edu)

Общий принцип работы и строение полупроводникового лазера на квантовых точках (jqi.umd.edu)

В качестве материалов для лазеров на квантовых точках принято использовать комбинации материалов из III-V групп периодической таблицы Менделеева. Это арсенид индия и арсенид галлия (InAs/GaAs). Сложным моментом в производстве подобных лазеров являлось то, что в области контакта выращиваемого лазера и кремния (в качестве подложки) возникает много дефектов. Дефекты значительно сокращают срок службы лазера и являются препятствием для внедрения технологии в массовое производство. Этот барьер, как недавно сообщила группа британских учёных, можно преодолеть с помощью специально разработанного зародышевого слоя (nucleation layer), нанесённого на кремниевую подложку для выращивания на нём полупроводникового лазера.

Изображение слоёв подложек и лазера под электронным микроскопом (UCL Electronic & Electrical Engineering)

Изображение слоёв подложек и лазера под электронным микроскопом (UCL Electronic & Electrical Engineering)

Отметим, подобный подход и материалы используются во всех лабораториях мира, работающих над проблемами производства полупроводниковых лазеров. Уникальность же нового подхода в том, что впервые получен очень интересный результат. Выпущенный с использованием новых методик 1,3 мкм (1300 нм) лазер на мощности излучения 105 мВт показал свыше 100 000 часов наработки на отказ (использовалось ускоренное старение — работа на запредельных мощностях). Это больше 10 лет эксплуатации, что соответствует обычному в телекоммуникациях времени использования оборудования до модернизации.

Изображение бездефектных слоёв в сканирующем микроскопе (UCL Electronic & Electrical Engineering)

Изображение бездефектных слоёв в сканирующем микроскопе (UCL Electronic & Electrical Engineering)

Добавим, в ходе экспериментов лазер нагревался до 120 градусов по Цельсию и оставался работоспособным. На новом этапе разработки учёные будут пытаться выращивать лазеры с разной длиной волны и изучать возможность их интеграции в полупроводниковые цепи.

Источник:

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:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥