Новости Hardware → нанотехнологии
Быстрый переход

В США разработана новая технология производства нанометровых полупроводников

Дальнейшее развитие микроэлектроники невозможно представить без совершенствования технологий производства полупроводников. Чтобы расширить границы и научиться выпускать всё более мелкие элементы на кристаллах нужны новые технологии и новые инструменты. Одной из таких технологий может стать прорывная разработка американских учёных.

Группа исследователей из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработала новую методику создания и травления тончайших плёнок на поверхности кристаллов. Потенциально это может привести к производству чипов с меньшими масштабами технологических норм, чем сегодня и в ближайшей перспективе. Публикация об исследовании размещена в журнале Chemistry of Materials.

Предложенная методика напоминает традиционный процесс атомно-слоевого осаждения и травления, только вместо неорганических плёнок новая технология создаёт и работает с органическими плёнками. Собственно, по аналогии новая технология названа молекулярно-слоевым осаждением (MLD, molecular layer deposition) и молекулярно-слоевым травлением (MLE, molecular layer etching).

Как и в случае атомно-слоевого травления метод MLE использует газовую обработку в камере поверхности кристалла с плёнками из материала на органической основе. Кристалл циклически обрабатывается двумя разными газами попеременно до тех пор, пока плёнка не истончится до заданной толщины.

Химические процессы при этом подчиняются законам саморегуляции. Это означает, что слой за слоем снимаются равномерно и контролируемо. Если использовать фотошаблоны, на кристалле можно воспроизвести топологию будущего чипа и вытравить рисунок с высочайшей точностью.

В эксперименте учёные использовали для молекулярного травления газ с содержанием солей лития и газ на основе триметилалюминия. В процессе травления соединение лития реагировало с поверхностью пленки алукона (alucone) таким образом, что литий осаждался на поверхности и разрушал химическую связь в пленке. Потом подавался триметилалюминий, который удалял слой плёнки с литием, и так поочерёдно до тех пор, пока плёнка не уменьшалась до нужной толщины. Хорошая управляемость процессом, уверены учёные, может позволить предложенной технологии подтолкнуть развитие полупроводникового производства.

Источник:

SK Hynix будет по-новому строить чипы с вертикальным расположением кристаллов

Многокристальные упаковки чипов доказали свою перспективность и намерены развиваться дальше. Одним из таких путей развития станет увеличение числа контактов между уровнями в многокристальном стеке. Это увеличит скорость обмена, функциональность и гибкость «многоэтажных» сборок, на что решил сделать ставку производитель памяти, компания SK Hynix.

Как подсказывают наши коллеги с сайта AnandTech, компания SK Hynix подписала широкое лицензионное соглашение с компанией Xperi. В числе прочего SK Hynix лицензировала технологию межкристальных соединений 2.5D/3D для пространственной сборки кристаллов в единую конструкцию. Это технология DBI Ultra, созданная внутри дочернего подразделения Xperi группы Invensas.

3D-стек матрицы Sony CIS на логику в сборке IMX260 с помощью DBI

3D-стек матрицы Sony CIS на логику в сборке IMX260 с помощью DBI

От себя добавим, что технологию DBI (Direct Bond Interconnect) в 2000 году предложил профессор Токийского Университета Тадамото Суга (Tadatomo Suga). Впоследствии она кочевала от собственника к собственнику и осела в руках компании Xperi с улучшениями, внесёнными командой Invensas. Технологию DBI, например, использует Sony для прямого монтажа на кристалл логики кристалла матрицы изображения (пример см. выше). На изображении вы можете видеть совмещение медных контактов после температурной обработки, в ходе которой верхний и нижний кристаллы были соединены механически и электрически без дополнительных элементов припоя и других соединительных элементов.

Технология межкристального соединения DBI Ultra позволяет создать на одном мм2 до 1 млн соединений, тогда как связь обычными контактами даёт только до 625 соединений на мм2. При этом толщину каждого слоя можно уменьшить в два раза. Это означает, что стек из 16 кристаллов, соединённых с помощью технологии DBI Ultra, будет такой же толщины, как стек из 8 кристаллов, соединённых обычной технологией связи.

Очевидно, компания SK Hynix с использованием технологии DBI Ultra будет выпускать новые поколения памяти HBM или даже оперативной памяти с лучшими характеристиками. Этот производитель также нацелен на выпуск матриц изображения, которым для дальнейшей интеграции тоже понадобится технология с более плотным размещением межчиповых связей. Наконец, область ИИ привлекает SK Hynix не меньше остальных, а это — гибридные многокристальные сборки, включая выпуск решений с процессорами, графическими ядрами, ASIC, SoC и ПЛИС. Для всего этого технология DBI Ultra подходит очень хорошо.

Вкратце о технологии DBI Ultra можно сказать следующее. Медные контакты для связи уровней формируются на этапе, близком к завершению обработки слоёв с помощью активации кристаллов плазмой. Затем после порезки на кристаллы происходит склейка кристаллов контактами друг к другу. При этом кристаллы разделены тончайшей диэлектрической плёнкой. На этом этапе происходит спекание кремниевых подложек при относительно низкой температуре до 250 °C. На следующем этапе при температуре до 400 °C происходит спекание медных контактов. Собственно, поэтому данная технология также называется гибридной (соединяются металл-металл и полупроводник-полупрводник).

Источник:

Алмазные транзисторы любят погорячее

Максимальная теоретическая рабочая температура кремниевых транзисторов и микросхем не может превышать 200 °C, но на деле ограничивается вдвое меньшими значениями. Но как быть, если датчики и электронику нужно разместить поближе к двигателям, где не просто жарко, а очень горячо? В этом могут помочь транзисторы из алмаза, которые от нагрева работают только лучше.

Исследователи из знаменитой американской лаборатории HRL Laboratories (принадлежит General Motors и Boeing) разработали техпроцесс производства полевых транзисторов FinFET с алмазными рёбрами. Статья о работе опубликована вчера в журнале Nature и доступна по этой ссылке. Эксперименты подтвердили, что алмазные транзисторы могут работать при температуре до 200 °C. Целью дальнейших исследований ставится задача создать электронные приборы, способные работать при температуре до 1000 °C.

Самым интересным из этого можно считать то, что для полевых транзисторов с вертикальными алмазными рёбрами повышение температуры идёт только во благо. Чем выше нагрев алмаза, тем лучше проводимость транзисторных каналов и тем выше их производительность. При комнатной температуре они работают с посредственными характеристиками. Поэтому в персональных компьютерах они вряд ли появятся. Но космос и небо ― спутники и самолёты ― будут только рады появлению высокотемпературной электроники.

Алмазные транзисторы и чипы на их основе можно будет устанавливать в непосредственной близости от электрических двигателей, двигателей внутреннего сгорания и даже реактивных двигателей. Это наверняка приведёт к появлению интеллектуальных двигательных установок и к новому слову в двигателестроении. Также жаропрочная электроника нужна для управления глубоководными бурильными установками и в промышленности.

Для производства полевых транзисторов FinFET с алмазными рёбрами исследователи использовали технологию омической рекристаллизации (повторного роста) контактов между алмазом и составными частями транзистора. Задачей было создать надёжные контакты с низким сопротивлением между каналом, стоком и истоком, что давно реализовано для полупроводников и в новинку для алмазов. Учёные с этой задачей справились.

Источник:

Молекулярная запись данных стала немного ближе

Рано или поздно на смену жёстким дискам и SSD придут новые виды носителей данных, на что намекает экспоненциальный рост объёмов информации. Для этого уже сейчас учёные бьются над проблемами записи на молекулярном уровне, и определённые успехи на этом направлении есть.

Группа учёных из Университета Брауна (США) сообщила о прогрессе в разработке методов записи и считывания данных на молекулярном уровне. Данные об исследовании опубликованы в Nature Communications (статья доступна для бесплатного прочтения на английском языке). В серии экспериментов учёные записали, сохранили и затем считали цифровые файлы с закодированными изображениями египетского бога Анубиса, абстрактной картины скрипки Пикассо и другие изображения общим объёмом 200 Кбайт.

Это не первая попытка закодировать данные с помощью набора молекул, но в данном случае учёные решили не ждать милости от природы. До данного эксперимента учёные брали известные химические соединения (молекулы) и создавали из них смеси ― таким образом кодировали входящие данные. Считывание данных происходит с помощью последовательного анализа смесей масс-спектрометром. Затем компьютерная программа преобразует полученный результат в картинку или текст. Подобный подход был ограничен известным химикам набором небольших по размеру молекул. А чем меньше молекул, тем меньше возможностей для кодирования, например, с точки зрения разрядности.

Учёные из Университета Брауна синтезировали собственные наборы молекул ― библиотеки для кодирования данных. Вся хитрость заключалась в том, чтобы из простейших соединений и без сложных реакций научиться быстро создавать библиотеки из простых молекул, которые масс-спектрометр мог бы идентифицировать с максимальной точностью.

Для синтеза малых молекул была выбрана так называемая Уги реакция ― это многокомпонентная комбинаторная реакция с использованием четырёх компонентов: карбоновой кислоты, амина, альдегида (кетона) и изоцианида. Эта реакция широко используется в фармацевтике и является надёжным инструментом для синтеза соединений. Для создания библиотек из молекул в различных комбинациях использовались пять аминов, пять альдегидов, 12 карбоновых кислот и пять изоцианидов. Всего учёные смогли создать до 1500 соединений.

Преимуществом здесь является потенциальная масштабируемость библиотеки. Используя всего 27 различных компонентов, учёные за один день создали библиотеку из 1500 молекул и им не пришлось искать для этого какие-либо уникальные молекулы.

Для кодирования каждой картинки использовались свои библиотеки в виде уникального набора из молекул. Для записи изображения Анубиса, например, библиотека содержала 32 компонента. Для кодирования 0,88-мегапиксельного рисунка Пикассо была задействована библиотека из 575 соединений.

Технически запись происходила следующим образом. Данные кодировались в смеси молекул, которые помещались в крохотные лунки диаметром менее миллиметра на небольших пластинках из железа. В каждой лунке (капле) уникальных молекул может быть так же много, как в библиотеке. Например, в самом максимальном случае ― 1500, но надёжно считать их все в такой  комбинации пока нельзя. Тем не менее, это позволяет судить о разрядности каждой смеси, а она ограничена только размерами библиотеки. Затем каждая смесь считывается масс-спектрометром, молекулы идентифицируются и входящие данные расшифровываются.

Для представленного метода учёным пришлось разрабатывать алгоритмы коррекции ошибок. Разработанный метод позволил идентифицировать молекулы с точностью до 99 %. Метод доказал свою надёжность, но исследования необходимо продолжить.

Источник:

Придумана 3D-индуктивность для чипов: миниатюризация идёт к меломанам и связистам

Катушки индуктивности или просто индуктивности трудно воспроизвести на кристалле чипа в компактном виде. Обычно они изготавливаются в виде двухмерной спирали и поэтому занимают много места. Но недавно была придумана технология, которая позволяет создавать в сто раз более компактные объёмные индуктивности с возможностью генерировать сильные магнитные поля.

Рулон свернувшейся мембраны диаметром примерно 80 мкм

Рулон свернувшейся мембраны диаметром примерно 80 мкм

Изобретение представила группа учёных из США во главе с профессором по электротехнике и вычислительной технике Университета Иллинойса Сюлин Ли (Xiuling Li). Вместо того, чтобы вытравливать на поверхности кристалла спирали или навивать тончайшие провода на металлические сердечники учёные разработали технологию самостоятельно сворачивающихся в рулоны отрезков мембран с полыми микротрубками поперёк оси намотки.

Как показано на видео выше, в специально созданных условиях мембраны начинают сами сворачиваться в рулоны, в ходе чего каналы в мембранах фактически наматываются друг на друга и в итоге образуют объёмную катушку индуктивности. В качестве провода в таких катушках используются проводящие наночастицы, которые заполняют микротрубки в мембране. За счёт пространственного расположения рулона мембраны (катушки), на самом чипе она занимает в сотни раз меньше места, чем если бы её изготовили в виде плоской спирали.

Вопрос с металлическим сердечником тоже решён интересным способом. Вместо железного стержня, который как-то надо поместить внутрь индуктивности, учёные воспользовались обычным капиллярным эффектом. Капля жидкого раствора оксида железа втягивается в сердцевину рулона мембраны, и после высыхания жидкости создаёт внутри неё металлический слой с превосходными электромагнитными свойствами (см. видео ниже).

По словам разработчиков, предложенная технология испытана на сворачивании в рулон мембраны длиной 1 см в газовой среде. Первые испытания проходили в жидких средах, но на больших отрезках мембран они показали плохую управляемость процессом скручивания. Также остаются проблемы с отводом тепла от 3D-катушек индуктивности, и с этим ещё предстоит разобраться.

Если довести технологию до ума, уверены учёные, то она позволит создавать электронные приборы с индуктивностью от сотен до тысяч мТл (миллитесла), что сделает их полезными в чипах для силовой электроники, аудиорешений, магнитно-резонансной томографии и связи.

Источник:

Учёный из России принял участие в разработке методов оценки стабильности солнечных батарей из перовскитов

Солнечные элементы на перспективных «российских» минералах перовскитах обещают заменить классические кремниевые солнечные панели и предоставить человечеству неисчерпаемый источник возобновляемой энергии. Чтобы элементы на перовскитах быстрее вышли из лабораторий, для их практической оценки необходимы новые стандарты, в разработке которых принял участие профессор из России.

Как сообщается, большая группа ученых, в которой Россию представил профессор Сколтеха Павел Трошин, разработала алгоритмы исследования эксплуатационной стабильности солнечных элементов на основе перовскитов. Предложенные протоколы и рекомендации представлены в большой статье, опубликованной в журнале Nature Energy.

По прогнозам, солнечные элементы на основе перовскитов составят конкуренцию широко используемым кремниевым солнечным панелям. Они уже не уступают им по эффективности. Проблема кроется лишь в недостаточной эксплуатационной стабильности перспективных панелей, которую ещё нужно научиться правильно оценивать. А эта оценка, в свою очередь, позволит приблизить коммерциализацию перовскитных солнечных батарей.

Решением проблемы занималась большая группа учёных из 59 исследователей из 51 организации. Возглавляла программу профессор Моника Лира-Канту (Mónica Lira-Cantú) из Каталанского института нанотехнологий (Испания) и профессор Евгений Кац (Eugene A. Katz) из Университета Бен Гуриона в Негеве (Израиль). Сколтех представлял профессор Центра энергетических технологий Павел Трошин. В упомянутой выше публикации в Nature Energy можно найти результаты дискуссии в виде протоколов и стандартов, рекомендованных для исследования стабильности перовскитных солнечных элементов.

«Например, предложено циклирование в режиме «день-ночь», протоколы оценки стабильности в модели «идеальной инкапсуляции», методы исследования поведения солнечных элементов при воздействии внутреннего и внешнего электрических полей. Также сделаны рекомендации по стандартизации исследований в области стабильности перовскитных солнечных батарей с целью повышения их воспроизводимости».

На следующем шаге учёные подготовят технический отчёт ― это станет последним этапом перед фазой массового производства и практического внедрения перовскитных солнечных батарей. Это означает, что появится инструмент для стандартизации производства и широкого появления более эффективных солнечных батарей.

Источник:

На пути к мечам джедаев: Panasonic представила 135-Вт светодиодный синий лазер

Полупроводниковые лазеры хорошо зарекомендовали себя в производстве на операциях сварки, порезки и при выполнении других работ. Сфера использования лазерных диодов ограничена только мощность излучателей, с чем успешно борется компания Panasonic.

Сегодня корпорация Panasonic объявила о том, что ей удалось продемонстрировать синий лазер с самой высокой яркостью (интенсивностью) в мире. Это было достигнуто с помощью технологии комбинирования длин волн (WBC, Wavelength Beam Combining) на лазере с прямыми диодами (DDL, direct diode lasers). Благодаря новой технологии обеспечивается масштабирование мощности с сохранением качества луча с помощью простого увеличения количества лазерных источников.

Эта технология работает следующим образом. Линейка из многих (свыше 100) диодов с разной длиной волны направляет излучение через фокусирующую линзу на дифракционную решётку. Расстояние до решётки и углы падения выбраны таким образом, чтобы на эффекте резонанса получить на выходе суммарный световой пучок высокой интенсивности. Тем самым в компании создали полупроводниковый коротковолновый лазер мощностью 135 Вт с длиной волны 400–450 нм с высочайшим качеством. Высокое качество пучка света гарантирует качество обработки кромок после порезки деталей лазером, что делает производство дешевле.

Ожидается, что начало выпуска более мощных полупроводниковых лазеров произведёт небольшую революции в промышленности и, в частности, в автомобилестроении. В перспективе новая технология обещает привести к появлению полупроводниковых лазеров с мощностью на два порядка выше, чем актуальные решения. Например, синий светодиодный лазер с высокой эффективностью оптического поглощения имеет высочайший спрос для обработки медных заготовок при производстве автомобильных двигателей и аккумуляторов.

В разработке новых полупроводниковых лазеров компания Panasonic полагалась на сотрудничество с американской компанией TeraDiode. Партнёрство началось в 2013 году. в 2014 году Panasonic выпустила первую в мире роботизированную систему лазерной сварки LAPRISS, оснащённую инфракрасным DDL с использованием технологии WBC. В 2017 году компания TeraDiode была приобретена Panasonic и стала её дочерним предприятием. Как видим по новой разработке, в составе Panasonic инженеры TeraDiode работают с не меньшим успехом, чем до поглощения.

Источник:

Представлен стандарт для тестирования всех кристаллов в 3D-упаковке

Не секрет, что дальнейшее развитие микроэлектроники лежит в плоскости нагромождения друг на друга разных кристаллов в виде 3D-упаковки. Для широкого продвижения этой концепции нужен был инструмент независимого тестирования кристаллов в стеках. Теперь такой инструмент есть.

Бельгийский исследовательский центр Imec сообщил, что недавно Ассоциация стандартов IEEE одобрила стандарт IEEE Std 1838. В феврале вся документация по новому стандарту появится в цифровой библиотеке IEEE Xplore, откуда её можно будет получить. Аббревиатура Std в названии стандарта расшифровывается как design-for-test или, по-русски, дизайн (разработка) для теста.

Запуск разработки стандарта был инициирован Imec и начался в 2011 году. Сначала рабочую группу возглавлял представитель бельгийского центра, а в последние годы работами руководил один из высших разработчиков компании Cadence. На разработку стандарта IEEE Std 1838, как видим, ушло почти 9 лет.

Необходимость в стандарте IEEE Std 1838 возникла по той причине, что в отрасли не было единого механизма тестирования стеков из нескольких собранных в столбик кристаллов. Между тем, вариантов вертикальной сборки кристаллов в стеки придумано довольно много, и кристаллы нужно уметь тестировать отдельно, на этапе частичной сборки, поле полной сборки и после завершения упаковки. Очевидно, подход «кто в лес, кто по дрова» может поставить в неудобное положение как проектировщиков, так и производителей, и заказчиков.

Усилиями рабочей группы инженеров стандарт IEEE Std 1838 позволяет протестировать каждый кристалл в собранном стеке с использованием универсальных инструментов и системы команд. И заказчик, и разработчик смогут оперировать одинаковыми наборами инструментов для проверки работоспособности каждого уровня в многослойном чипе.

Доступ к каждому кристаллу в стеке доступен через стандартный тестовый разъём или с помощью стандартных игл-зондов тестового оборудования. В архитектуру и сигнальный интерфейс IEEE Std 1838 вошли три составляющие. Регистр оболочки кристалла (DWR, die wrapper register), механизм последовательного управления (SCM, serial control mechanism) и опциональный гибкий параллельный порт (FPP, flexible parallel port).

Полностью новым стал только необязательный порт FPP. Это масштабируемый многобитовый механизм доступа для тестирования с массивным обменом данными с каждым слоем (кристаллом). Регистр DWR и механизм SCM уже используются в действующих стандартах с пометкой Std. Первый обеспечивает модульное тестирование кристалла на своём уровне и сканирует цепи на границе кристалла сверху и снизу. Второй ― это пересылка однобитовых команд управления на каждый уровень в процессе тестирования. Всё вместе обещает ускорить выход на рынок многокристальных решений с вертикальным расположением кристаллов. Особенно, когда новый стандарт будет внедрён в системы автоматического проектирования.

Источник:

Австралийские учёные придумали гибкий нанотонкий тачскрин

Сенсорные экраны смартфонов и дисплеев прочно вошли в нашу жизнь. Осталось сделать их ещё лучше ― ярче, прочнее, гибче, надёжнее и дешевле. Как выяснилось, учёные из Австралии могут предложить улучшения по каждому из перечисленных выше пунктов.

Образец тонкого тачскрина (RMIT University)

Образец тонкого тачскрина (RMIT University)

Группа учёных из Австралии из Университета Нового Южного Уэльса, Университета Монаша и Центра передового опыта ARC в области технологий низкоэнергетической электроники (FLEET) опубликовала в журнале Nature Electronics результаты исследований, в ходе которых они научились создавать тончайшую электропроводную плёнку, свойства которой позволяют ей служить сенсорным экраном. Утверждается, что плёнка получается едва ли не атомарной толщины.

Из нескольких слоёв такой плёнки можно создавать гибкие сенсорные экраны для смартфонов или дисплеев, прозрачность которых будет выше традиционных тачскринов из современных плёнок из оксидов индия и олова (indium-tin oxide, ITO). Традиционные сенсорные экраны из ITO поглощают до 10 % света подсветки дисплеев. Предложенная учёными 2D-плёнка (что говорит о толщине её слоя) поглощает только 0,7 % света. Очевидно, эту прозрачность можно конвертировать в запас аккумулятора смартфона, что банально позволит устройствам работать дольше при меньшей яркости подсветки.

Что ещё полезнее, техпроцесс производства сверхтонкого тачскрина очень простой. Как шутят учёные, вы его сами можете приготовить на своей кухне из доступных ингредиентов. Нужно разогреть сплав олова и индия до 200 ºC, и как только они станут жидкими, раскатать расплав тонким слоем на силиконовом коврике. Если говорить серьёзно, предложенный техпроцесс предполагает рулонное производство тонкой плёнки для тачскрина по методу, аналогичному печати газет в типографиях. Выходит гораздо дешевле и без поддерживания вакуума, как этого требует современный техпроцесс производства «толстых» тачскринов из ITO.

В настоящий момент учёные пытаются получить патент на своё изобретение и готовятся выпустить опытные экземпляры тачскринов «нанометровой» толщины. Если у них всё получится, технология может найти применение не только в смартфонах, но также в широких областях оптоэлектроники, для выпуска солнечных панелей и «умных» окон для помещений.

Источник:

Киевский политехнический институт, TowerJazz и Cadence откроют первую лабораторию аналогового дизайна

Первая в своем роде лаборатория по разработке аналоговых чипов и соответствующая программа обеспечат беспрецедентный доступ к инструментам и знаниям в области проектирования ИС, и позволят подготовить следующее поколение экспертов по аналоговой электротехнике.

На заводе TowerJazz

На заводе TowerJazz

Израильская компания TowerJazz, американская Cadence и Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского объявили о сотрудничестве по открытию новой лаборатории по проектированию аналоговых схем на территории Украины. Торжественное мероприятие по открытию лаборатории состоится 30 января в кампусе КПИ в присутствии представителей зарубежных компаний.

Лаборатория в престижном украинском университете оснащена передовыми инструментами проектирования аппаратного и программного обеспечения, обеспечивающими самые современные настройки для разработчиков аналоговых схем. Преподаватели и студенты получат эксклюзивный доступ к аналоговому процессу TowerJazz в виде PDK компании.

Израильская компания имеет собственные заводы по производству аналоговых чипов и считается лидером в своей области. Для студентов работа с комплектом средств проектирования TowerJazz станет бесценным опытом. Тем более, что успешные проекты производитель обещает доводить до воплощения в кремнии. Тем самым учащиеся смогут поучаствовать в полном цикле процесса разработки и производства продуктов.

Обучение будет предоставлено на всех уровнях от бакалавров до магистров и докторов наук. Закончившие обучение могут рассчитывать на получение сертификатов Cadence по проектированию аналоговых полупроводниковых решений. Как заявляют организаторы, сотрудничество между тремя сторонами создаёт основу для совершенствования навыков следующего поколения экспертов в области аналоговой электротехники.

Знание за плечами не носить. Поэтому инициатива КПИ, TowerJazz и Cadence ― это шанс для талантливых или просто усидчивых студентов освоить новейшие инструменты проектирования. Другое дело, что реализовать себя как специалиста, скорее всего, придётся где-то далеко за границей. Но это уже другая история.

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥