Новости Hardware → нанотехнологии
Главная новость

Тонкоплёночные транзисторы дисплеев переходят на нанотрубки

Углеродные нанотрубки – это многообещающий материал для производства управляющей электроники дисплеев, поскольку они эффективнее кремниевых и могут быть размещены в виде массивов на гибких поверхностях. Тем не менее, до последнего времени изготовление транзисторов с применением нанотрубок было сложно реализуемой задачей. Исследователям из Университета Южной Калифорнии (University of Southern California, USC) удалось получить крупные функциональные массивы транзисторов с использованием простых методов производства. Пиксели в компьютерных или телевизионных экранах, будь то жидкокристаллические или плазменные панели, контролируются несколькими транзисторами. В сегодняшних устройствах материалом для этих элементов выступает кремний. Как объясняет профессор электронных систем в USC Чонгву Жоу (Chongwu Zhou), массивы транзисторов изготавливаются при высоких температурах в вакууме, поэтому их стоимость высока. Применение углеродных нанотрубок представляет свои сложности. В отдельных лабораториях высокопроизводительные транзисторы для компьютерных чипов получали лишь с одной нанотрубкой, но в случае дисплеев такой вариант не сработает, поскольку необходимо покрыть компонентами большую поверхность. Жоу верит, что он может решить задачу путём формирования крупных транзисторов из групп нанотрубок. Методика предполагает использование растворов при комнатной температуре. Кремниевая пластина помещается в химическую ванну, где она покрывается притягивающим нанотрубки составом. Затем наступает черёд раствора с полупроводниковыми углеродными нанотрубками, покрывающими химически обработанную поверхность, после чего платина с "нанопокровом" промывается. Чтобы из этой беспорядочной массы получились транзисторы, в определённые места пластины добавляются металлические электроды, которые указывают на расположение каждого транзистора и заставляют электроны перемещаться по нанотрубкам между ними. Площадки кремния на подложке выступают в качестве затворов. Пока исследователи смогли получить 3" пластину и использовать её для управления OLED-дисплеем. Существуют и другие способы производства подобных структур с применением смесей из проводящих и полупроводниковых нанотрубок, но быстродействие получается слишком низким. Заслуга же учёных из USC заключается в том, что их массивы, только на 95% состоящие из полупроводниковых нанотрубок с неточным размещением, имеют достаточно высокие характеристики для дисплеев. 5% "примесей" не оказывают существенного влияния, а очистка от них является затратным процессом. По словам профессора материаловедения в Университете Иллинойса (University of Illinois) Джона Роджерса (John Rogers), это первый случай, когда полупроводниковые нанотрубки для высокопроизводительных транзисторов были размещены путём применения растворов. Осталось продемонстрировать возможность интегрирования разработки в законченные электронные устройства – гибкие и прозрачные OLED-дисплеи, которые могут быть свёрнуты и помещаться в карман, либо монтироваться на ветровое стекло автомобиля, чтобы ускорить восприятие выводимой информации водителем. Но для этого понадобится для начала удалить негибкий кремний. Поскольку операции с нанотрубками производятся при комнатной температуре, исследователи могут формировать массивы из них на электрически активных пластиковых подложках. Ведётся также работа по замещению неэластичных металлических электродов покрытием из оксида индия-олова – широко используемого гибкого и прозрачного материала. В изготовленном учёными прототипе пиксели из органических светодиодов соединены с массивом транзисторов проводами. Полная интеграция потребует формирования слоя диодов на управляющих схемах. По словам Жоу, он разговаривал с производителями дисплеев а предмет коммерциализации технологии – интерес проявил корейский гигант LG. Об экранах с нанотрубками индустрия слышала не единожды в течение последних лет, задержка же вызывалась дефицитом поставок полупроводниковых нанотрубок. В 2006 году профессор материаловедения из Северо-западного университета (Northwestern University) Марк Херсем (Mark Hersam) разработал простой метод очистки нанотрубок, базирующийся на их свойствах и центрифугировании в мыльном растворе. Затем он основал компанию NanoIntegris, которая и поставляет эти элементы Жоу. Херсем считает, что осталось совсем немного времени до появления на рынке дисплеев с инновационными управляющими транзисторами.

Быстрый переход

Первая нить из нитрид-борных нанотрубок

При помощи лазеров исследователи создали первую макроскопическую нить из волокон нитрида бора, что открывает путь к целому ряду приложений – от противорадиационных щитов для космических кораблей до защитного облачения для тела. Техника синтеза высококачественных нитрид-борных нанотрубок (boron-nitride nanotube, BNNT) разработана в Исследовательском центре NASA в Лэнгли (NASA's Langley Research Center) и других лабораториях. Эти нанотрубки обладают микроскопическим диаметром, значительной длиной и структурно содержат несколько стенок. Нитрид бора не экзотический материал – он встречается в косметических средствах и пудре.
Нить из нитрид-борных нанотрубок
По словам учёного из Лэнгли Майка Смита (Mike Smith), до сих пор никому не удавалось изготовить достаточно длинные и при этом прочные нанотрубки. Техника синтеза, названная PVC (pressurized vapor/condenser – испарение и конденсация под давлением), стала возможной благодаря лазеру на свободных электронах и затем была усовершенствована для использования с коммерческими лазерами, применяемыми в сварке. Она состоит в следующем. Лазерный луч направляется в мишень, расположенную в закрытой камере, заполненной азотом. Мишень испаряется, формируя облако бора. Конденсация охлаждает испарения, вызывая формирование жидких капель бора, которые объединяются с азотом в BNNT. Получившиеся нанотрубки достаточно длинные, чтобы сплести из подобной хлопку массы макроскопическую нить миллиметровой толщины и длиной в сантиметры. Длина же самих нанотрубок – около миллиметра. "Они большие и мягкие, как текстиль, - утверждает Кевин Джордан (Kevin Jordan) из Национального комплекса работы с ускорителем Томаса Джефферсона (Thomas Jefferson National Accelerator Facility). – Это означает, что возможно использовать коммерческий производственный процесс и распространённые техники для изготовления из трубок защиты для тела, солнечных ячеек и других устройств". TEM (Transmission electron microscope – просвечивающий электронный микроскоп) показывает, что толщина таких комплексных многослойных нанотрубок составляет в среднем несколько микрон, хотя попадаются и однослойные трубки. Особенность BNNT – это тенденция к "оборачиванию" их в несколько стенок. Следующим шагом исследователей будет тестирование свойств BNNT с целью определения наиболее подходящих областей применения нового материала. В теории, говорит Джордан, они найдут нишу и в энергетике, и в медицине, и в аэрокосмической отрасли. Материалы по теме: - Сверхдлинные нанотрубки – будущее передающих линий;
- Опасность нанотехнологий. Реальны ли угрозы?;
- IT-байки: Наноструны – ключ к искусственному обонянию?.

Создан "одноатомный" транзистор

Исследователи из Хельсинского университета технологий (Helsinki University of Technology), Университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales) и Мельбурнского университета (University of Melbourne) объявили об успешном создании функционирующего транзистора, чья активная зона состоит всего из одного атома фосфора в кремнии. Принцип работы устройства основан на последовательном туннельном переходе единичных электронов между атомом фосфора, истоком и стоком транзистора. Туннелирование может быть подавлено или разрешено путём контроля напряжения на ближайшем металлическом электроде толщиной в несколько десятков нанометров.
Одноатомный транзистор
Быстрое совершенствование компьютеров находится в зависимости от уменьшения размеров транзисторов. Достаточно давно известно, что темпы увеличения производительности снизятся в последующие десятилетия вместе с необходимостью достижения транзисторами атомных масштабов. В последней разработке электрический ток проходит лишь через один атом, что позволяет изучать эффекты, проявляющиеся при покорении таких масштабов. По словам доктора Микко Мёттонена (Mikko Möttönen), учёные не намеревались создать самый маленький транзистор для классического компьютера, а придти к квантовому биту – сердцу квантовых компьютеров, над которыми сейчас трудятся многие коллективы исследователей. Проблемы, которые возникают при снижении размеров транзисторов, связаны с так называемыми квантово-механическими эффектами. С одной стороны, эти явления препятствуют нормальной работе транзистора. С другой – они делают возможным иррациональное поведение элементов, которое в принципе можно применить для концептуально более эффективных вычислений. Идея данного исследования – использовать спин электрона фосфора как квантовый бит (кубит). Материалы по теме: - Нанотранзисторы «с четкими границами» обещают новые возможности;
- IDF 2009: за горизонтом новых технологий;
- Бумажные транзисторы – альтернатива кремнию.

Источник:

Учёные "слепили" самого маленького в мире снеговика

Учёные тоже умеют развлекаться и не менее остальных ожидают наступления праздников. Только если кондитеры, например, могут порадовать людей сладостями в виде тематических новогодних и рождественских фигурок, а Google – "дудлами", то что способны предложить сутками засиживающиеся над решением грандиозных задач физики, химии и других дисциплин исследователи? Всё просто – воспользоваться своими же научными инструментами, как поступили в британской Национальной физической лаборатории (National Physics Laboratory, NPL), где создали самого маленького в мире снеговика.
Снеговик
Разумеется, название несколько условное, поскольку никакой снег для подобного творчества не годится. Диаметр микроскопического объекта – чуть более 10 мкм (0,01 мм), или пятая часть толщины человеческого волоса. Согласно объяснению NPL, "снеговик" был изготовлен из двух микроскопических шариков, обычно используемых для калибровки астигматизма электронного микроскопа. Глаза и улыбка получились благодаря применению фокусированного ионного луча, а нос диаметром 0,001 мм – это осаждённая лучом платина. Масштаб отлично демонстрирует видео.
Все элементы формировались вручную посредством системы наноманипуляции, а соединили их вместе учёные техникой осаждения платины. Фигурка расположена на кремниевом кантилевере атомного силового микроскопа. Кантилевер – это конструкция из миниатюрной площадки и острия, с помощью которого микроскоп "сканирует" поверхность исследуемого образца. К сожалению, технология NPL не позволяет изготовить морковку. Материалы по теме: - Фотопутешествие в мир наномасштаба;
- IBM отмечает 20-ю годовщину управления атомами;
- IT-байки: 4D наномикроскоп - Виват, атомное кино!.

Разработаны многолучевые многоволновые лазеры

Международная команда учёных из Гарвардского университета (Harvard University), Hamamatsu Photonics и ETH Zürich разработала компактные многолучевые многоволновые лазеры, излучающие в невидимом инфракрасном диапазоне спектра. Обычные лазеры не могут генерировать несколько лучей и ограничиваются строго определённой длиной волны. Инновационная разработка потенциально может использоваться в задачах, связанных с удалённым наблюдением за химическим загрязнением, в оптической связи, интерферометрии.
Многолучевые многоволновые лазеры
По словам Федерико Капассо (Federico Capasso), продемонстрированные исследователями устройства способны генерировать точно направленные лазерные лучи в разных направлениях, при этом длина волны каждого может как совпадать с остальными, так и отличаться. Подобные возможности неоценимы в параллельном быстродействующем мониторинге атмосферных процессов, распространения опасных газов, в определении химических агентов в условиях военных конфликтов или для картографирования уровней биомассы в лесах. Подобный универсальный лазер является результатом развития технологии QCL (quantum cascade laser – квантовый каскадный лазер), изобретённой и впервые показанной Капассо и другими учёными из Bell Labs в 1994 году. Коммерчески доступные QCL производятся путём изготовления многослойной структуры из сверхтонких атомных слоёв полупроводниковых материалов. Чтобы получить многолучевую конфигурацию, лазер оснастили особым коллиматором и несколькими решётками с плазмонными структурами, что позволило задавать углы направления лучей. В будущем разработчики надеются управлять лучами в реальном времени вместо фиксирования их характеристик до использования. Материалы по теме: - Сверхмощный лазер моделирует космические явления;
- Лазерная связь - воздушное "оптоволокно";
- Военный лазер прожёг отверстие в движущейся мишени.

Нанотранзисторы «с четкими границами» обещают новые возможности

Ультраминиатюрные транзисторы нового поколения с улучшенными характеристиками были разработаны стараниями исследователей из IBM, Университета Пердью и Калифорнийского Университета в Лос-Анджелесе. В результате научных изысканий была разработана технология формирования нанопроводников из различных материалов, с четким, на уровне атомов, разграничением слоев. Такое разграничение является критическим условием при создании высокоэффективных транзисторов. Для формирования полупроводниковых компонентов часто используются гетерогенные структуры – включающие, например, кремний и германий. Но до сих пор не было возможности получения нанопроводников с четкими границами между слоями этих материалов, диффундировавших друг с другом, тем самым нарушая оптимальные условия для использования их в качестве транзистора. Кроме того, новая технология, в отличие от традиционной, предполагает вертикальное, а не горизонтальное размещение слоев, формирующих транзистор. Эта особенность может помочь в сокращении места, занимаемого каждым логическим вентилем, и обеспечить возможность дальнейшего наращивания количества транзисторов на чипе во славу закона Мура.
формирование нанопроводника с четкими границами
На первом этапе процесса сплав алюминия и золота помещается в вакуумную камеру и нагревается до расплавления. Затем в камеру вводят кремний в виде газа, поглощаемый раствором до состояния насыщения. В результате из перенасыщенного раствора формируются кремниевые нанопроводники, «накрытые» сверху каплей сплава, из которого они осели, и структура в целом напоминает гриб. На следующем этапе температуру в камере снижают, и сплав золото-алюминий остывает. После этого цикл можно повторить, например, с газообразным германием, и в результате получить нанопроводник, содержащий слои кремния и германия с четкими границами. По мнению исследователей, возможности дальнейшего совершенствования традиционных технологий кремниевых полупроводников будут исчерпаны через 5-10 лет, поэтому исследования альтернативных методик формирования транзисторов становятся все более и более актуальными и необходимыми. Материалы по теме: - IDF 2009: за горизонтом новых технологий;
- Бумажные транзисторы – альтернатива кремнию.

Разработан микрочип, связывающий электронику и живые клетки

Бельгийский IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre – Межвузовский центр микроэлектроники) представил уникальный чип с микроскопическими структурами, которые способствуют взаимодействию между электроникой и биологическими клетками. Разработка может изготавливаться в массовых масштабах и проста в использовании для электрофизиологических исследований, например, функционирования и дисфункций мозга. Каждая структура выступает как контактная точка для одной клетки и содержит электрод, который с большой точностью записывает в реальном времени электрическую активность индивидуальной электрогенной клетки в сети.
Чип с электродами и клетками
Электрогенные клетки, такие как кардиомиоциты (клетки сердца) или нейроны используют электрические сигналы для коммуникации друг с другом. Данные об электрической активности важны для понимания процесса взаимодействия между клетками, объяснения причин расстройств наподобие болезней Альцгеймера или Паркинсона, а также для подтверждения действия медицинских препаратов в борьбе с сердечными патологиями. Согласно заявлению IMEC, её чип – идеальный инструмент в изучении механизмов межклеточной связи. Размер электродов меньше размера самих клеток, а в состав входят металлическое основание, покрытое слоем оксида, и проводящий стержень из золота или нитрида титана. Когда клетки помещены на поверхность чипа, их мембраны окружают электроды, создавая контакт, достаточный для записи активности или стимулирования живых структур. По словам исследователей, им пришлось преодолеть ряд сложностей в ходе разработки чипа, в том числе сохранение клеток живыми. Директор отдела бионаноэлектронных систем IMEC Крис Верстрекен (Kris Verstreken) напоминает, что о функционировании мозга до сих пор известно немногое. Например, где появляются эмоции, как создаются воспоминания, каковы причины болезни Альцгеймера – эти вопросы пока остаются без ответа. Нейроны очень пластичны, непрерывно формируют новые связи и разрывают либо восстанавливают другие. Но каков механизм этих действий и какие из связей отвечают за обучение и развитие? В долговременной перспективе Верстрекен надеется использовать полученные с помощью чипа знания для диагностики заболеваний или даже поиска терапии путём побуждения клеток к созданию новых связей, например, после ишемического инсульта. Материалы по теме: - IT-байки: Эмуляция мозга: мышка, кошка - кто следующий?;
- IT-байки: Наноструны – ключ к искусственному обонянию?;
- IT-байки: нейроинтерфейс BrainGate - руки и ноги заменит мозг.

Новое поколение дешёвой и компактной памяти на мультиферроиках

Команда французских исследователей продемонстрировала новый способ создания компактной цифровой памяти для портативной электроники, потребляющей меньше энергии. Это стало возможным благодаря мультиферроикам – классу материалов, комбинирующих необычные электрические и магнитные свойства.
Ферроэлектрический домен мультиферроика BiFeO<sub>3</sub>
На микроскопическом уровне атомы и молекулы генерируют электрические и магнитные поля. В большем масштабе в случае многих кристаллов эти свойства частиц сводят на нет действия друг друга. Но иногда в определённых составах, известных как ферромагнетики, магнитные свойства существуют на макроскопическом уровне и превращают материалы в магниты. Реже встречается электрическая упорядоченность в ферроэлектриках. И совсем особый случай – комбинация электрических и магнитных характеристик, как в мультиферроиках. Более того, в этих материалах поля взаимодействуют, что предоставляет способ контролировать спины атомов посредством электрического поля. Это открывает новые перспективы, особенно в хранении информации. Исследователи из Лаборатории физики твёрдого тела (Laboratoire de Physique des Solides) и других научных организаций синтезировали состав со свойствами мультиферроика BiFeO3 и продемонстрировали взаимодействие между его электрическими и магнитными свойствами. Затем был создан материал из одного слоя BiFeO3 и ферромагнитной плёнки, на котором учёные показали возможность манипулировать ориентацией намагничивания частиц путём приложения электрического поля. Результаты подтверждают концепцию хранения и записи "магнитных" данных. В сегодняшних жёстких дисках биты записываются определяющим намагничивание магнитным полем. Два возможных состояния обозначают 1 и 0. В случае мультиферроика каждый элемент памяти может находиться в четырёх состояниях (два в соответствии с электрической поляризацией и ещё два - намагниченностью). Возможность записывать и стирать данные электрическим полем имеет ключевой характер для развития мобильной электроники по двум причинам. Во-первых, генерирование такого поля требует меньше энергии, а значит аккумуляторы прослужат дольше. Во-вторых, оно более локально, то есть на единице площади может быть размещено больше элементов памяти. Материалы по теме: - Первые прототипы 32-нм оптоэлектронных чипов;
- 10 самых перспективных технологий будущего года;
- IT-Байки: За миллиард лет до стирания памяти.

Источник:

Учёные поймали радугу

Оказывается, поймать радугу всё-таки возможно. Это сделано впервые с помощью простых линз, пластины стекла и золота, но не из праздного любопытства: техника может быть использована для хранения информации в виде света и развития оптических вычислений и телекоммуникаций. Оптические устройства обещают быть быстродействующими и более эффективными, чем нынешняя электроника, однако сложность представляет необходимость конвертирования сигналов из оптического вида в электрический и обратно. "Замедление" света или локализация в некотором пространстве может разрешить проблему с прямой обработкой электромагнитных волн.
Линза и радуга
В 2007 году Ортвин Хесс (Ortwin Hess) из Университета Сюррея (University of Surrey) в Гилфорде, Великобритания, вместе с коллегами предложил технологию заключения света в сужающемся волноводе, который является структурой, направляющей излучение по своей длине. В его состав входят метаматериалы. Идея заключается в том, что по мере сужения волновода компоненты света должны поочерёдно останавливаться во всё более узких точках, поскольку никакой компонент не может пройти через открытое пространство, меньшее его длины волны. Таким образом и получается "пойманная радуга". Многочисленные модели показывают, что подобные "конусообразные" волноводы должны действовать, но до сих пор их изготовление из метаматериалов остаётся неразрешимой задачей. Однако Вера Смолянинова (Vera Smolyaninova) из Таусонского университета (Towson University) в Балтиморе совместно с другими исследователями использовала выпуклую линзу, чтобы создать требуемую структуру волновода и локализовать радугу. Учёные покрыли одну из сторон линзы диаметром 4,5 мм золотой плёнкой толщиной 30 нм и поместили её на плоскую стеклянную пластину, также покрытую плёнкой из благородного металла, позолоченной стороной вниз. Если посмотреть на эту систему сбоку, то воздушное пространство между изогнутой поверхностью линзы и пластиной постепенно становится меньше вплоть до нулевой толщины в точке, где линза касается стекла – практически тот же сужающийся волновод. Когда учёные направили в него многоволновое лазерное излучение, внутри сформировалась радуга. Она имела вид серии цветных колец при рассматривании линзы сверху через микроскоп. Зелёный свет с более короткой длиной волны оказался в точке пространства, слишком узкого для преодоления этим излучением. Красный свет с большей длиной волны был пойман в более широкой части волновода. Между ними расположились остальные цвета. По словам исследователей, тот факт, что столь комплексное явление удалось воспроизвести с помощью очень простой конфигурации, удивителен. Материалы по теме: - Первые прототипы 32-нм оптоэлектронных чипов;
- Оптические резонаторы перемещают нанообъекты;
- IT-Байки: луч нанокристалла в царстве оптоэлектроники.

Источник:

Цены на SSD снизятся в 2011 г. с переходом на 20 нм

Как сообщают обозреватели полупроводниковой индустрии Тайваня и Китая, в 2011 году стоимость микросхем NAND существенно понизится вместе с переходом крупнейших поставщиков чипов на 20-нм техпроцесс. До этого момента SSD-диски не смогут занять сравнимую с HDD долю среди накопителей для персональных компьютеров. Подобная точка зрения была высказана в игроками рынка на симпозиуме в Тайбэе. Среди участников были топ-менеджеры таких производителей памяти, как A-Data Technology, Condel Technology, JMicron Technology и Silicon Motion Technology.
34 нм NAND
В ходе встречи было высказано обращение к китайским и тайваньским компаниям совместными усилиями разработать и стандартизировать единые спецификации для SSD, а также продвигать ключевые технологии, ныне контролируемые международными поставщиками. Флеш-накопители действительно далеко не в выигрышной позиции на рынке массовых устройств хранения данных. Например, недавно представленная OCZ серия Colossus включает модели от 128-Гб (стоимостью около $500) до 1-Тб (более $3000). Поэтому в основном SSD позиционируются как дополнительные диски для ускорения работы критичных к скорости программ, включая загрузку ОС, и в качестве решений для корпоративного сектора и энтузиастов. Материалы по теме: - SSD OCZ Colossus: быстрые, дорогие, ёмкие;
- Intel выпустит новые дешёвые и корпоративные SSD;
- IT-Байки: За миллиард лет до стирания памяти.

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥