Новости Hardware → нанотехнологии
Быстрый переход

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:

Рубеж пройден: спрос на сканеры EUV остаётся высоким

Несмотря на застойные и даже кризисные процессы в полупроводниковой отрасли, спрос на сканеры диапазона EUV неизменно высокий второй год подряд. Более того, сканеры EUV теперь востребованы не только для выпуска чипов с нормами 7 и 5 нм, но также для производства памяти.

Нидерландская компания ASML отчиталась о работе в четвёртом квартале 2019 года и сообщила о растущем числе заказов на сканеры диапазона EUV с длиной волны 13,5 нм. В течение всего 2019 года заказчикам было поставлено 26 сканеров EUV, а на 2020 год собрано 35 заказов на эти машины. Спрос на новые сканеры опережает развитие отрасли в целом. Так, если в 2019 году рынок оборудования для выпуска полупроводников сократился на 8–10 %, то выручка ASML за это же время выросла на 8 %, за что компания благодарит спрос на сканеры EUV.

В 2019 году ASML выручила 11,8 млрд евро. За все виды сканеров она получила 8,996 млрд евро. В совокупности ASML продала 229 установок. Из этого числа 26 сканеров EUV принесли компании 31 % выручки или 2,8 млрд евро. Нетрудно сообразить, что сканеры EUV становятся новой дойной коровой ASML. Год 2019 стал первым годом массового производства и спроса на эти системы, а выросшее число заказов на поставку в 2020 году на уровне 35 штук лишь подтвердило тот факт, что эра EUV-производства началась.

В конце 2019 года ASML приступила к поставкам новых моделей сканеров EUV ― NXE:3400C. Они немного производительнее предыдущих установок NXE:3400B. Ориентировочно в 2019 году поставлено 17 сканеров NXE:3400B и 9 сканеров NXE:3400C. При этом установки NXE:3400B и предыдущие модели могут быть модернизированы до более совершенных версий, что повысит их производительность. Например, компания рассчитывает повысить время работы ранее выпущенных сканеров EUV до 90 %. Традиционные 193-нм сканеры DUV, например, работают в течение более чем 98 % рабочего времени.

График поставок сканеров EUV (WikiChip)

График поставок сканеров EUV (WikiChip)

В 2021 году компания ASML рассчитывает выпустить от 45 до 50 сканеров EUV. В то же время исторически она снижала объёмы годового производства, что связано с предельно сложным производством установок. Например, в четвёртом квартале 2019 года ASML задержала поставки четырёх сканеров, выпуск которых перенесён на первый квартал 2020 года. Поэтому аналитики считают, что если в 2021 году ASML сможет выпустить хотя бы 40 сканеров EUV, то это будет более чем хорошо. Особенно с той позиции, что в 2021 году и TSMC и Intel планируют начать массовое производство 5-нм и, соответственно, 7-нм чипов с углублённым использованием сканеров EUV.

А ещё к этому надо добавить то, что производители памяти DRAM уже в этом году начинают использовать сканеры EUV для выпуска памяти. Всё это подводит нас к тому, что сканеры EUV раскупаются как горячие пирожки зимой, а выпускает их всего одна компания в мире. Случись что с ASML или её поставщиками, мало никому не покажется.

Источник:

Британские физики придумали универсальную память ULTRARAM

Разработка моделей головного мозга упирается в отсутствие подходящей памяти: одновременно быстрой, плотной и энергонезависимой. Для компьютеров и смартфонов тоже не хватает памяти с подобными свойствами. Открытие британских физиков обещает приблизить появление необходимой универсальной памяти.

Структура новой ячейки универсальной памяти (Nature)

Структура новой ячейки универсальной памяти (Nature)

Изобретение сделали физики из Ланкастерского Университета (Великобритания). Ещё в июне прошлого года в журнале Nature они опубликовали статью, в которой рассказали о решении парадокса универсальной памяти, которая должна сочетать не сочетаемое: скорость работы DRAM и энергонезависимость NAND.

В июньской статье подробно рассказывалось о ячейке памяти, которая использует квантовые свойства электрона. Благодаря волновой природе этой частицы она может туннелировать через запрещённый барьер. Для этого электрон должен обладать определённой величиной «резонансной» энергии. При приложении к разработанной учёными ячейке небольшого потенциала до 2,6 В электроны начинают туннелировать через трёхслойный барьер из материалов арсенида индия и антимонида алюминия (InAs / AlSb). В обычных условиях этот барьер препятствует прохождению электронов и удерживает их в ячейке без подачи питания, что позволяет длительно сохранять записанное в ячейку значение.

В свежем январском выпуске журнала IEEE Transactions on Electron Devices те же исследователи рассказали, что они смогли создать надёжные схемы считывания данных из таких ячеек и научились объединять ячейки в массивы памяти. Попутно физики выяснили, что «резкость переходных барьеров» создаёт предпосылки для создания очень плотных массивов ячеек. Также в процессе моделирования для 20-нм техпроцесса стало понятно, что энергоэффективность предложенных ячеек может быть в 100 раз лучше, чем у памяти DRAM. При этом скорость работы новой памяти ULTRARAM, как её назвали учёные, сопоставима с со скоростью DRAM и ложится в пределы 10 нс по быстродействию.

Зарегистрированная торпгновая марка новой памяти

Зарегистрированная торговая марка новой памяти

В настоящее время учёные занялись проектированием массивов ULTRARAM и переносом решений на кремний. Также начался этап проектирования логических узлов для записи и чтения данных из ячеек. Забавно, что учёные уже зарегистрировали торговую марку для обозначения новой памяти (см. картинку выше).

Источник:

Новый проект приблизит коммерческую запись данных на основе ДНК

Миру необходимы новые носители информации для долговременного хранения данных. Они должны быть намного более компактные, чем могут предложить актуальные технологии. Одной из перспективных технологий в этой области остаётся запись данных на основе ДНК.

Идея хранить данные в виде кодирования нуклеотидов по методу формирования цепочек ДНК начала витать в воздухе с 60-х годов прошлого века. Первые успешные эксперименты в этой области были поставлены в 80-годах, а к настоящему времени учёные смогли существенно увеличить скорость записи (кодирование) и плотность хранения данных на основе ДНК.

Тем не менее, данная технология пока ещё остаётся уделом фантастов, а не инструментом администраторов центров хранения данных. Может ли что-то приблизить коммерческую запись данных на основе ДНК? В Институте технологических исследований штата Джорджия (GTRI) считают, что новая инициатива с финансированием на уровне $25 млн поможет в обозримом будущем создать масштабируемое архивное хранилище на основе ДНК.

Агентство передовых исследований в сфере разведки США (IARPA) учредило программу MIST (молекулярное хранение информации). В рамках программы заключён масштабный многоуровневый контракт на исследования с институтом GTRI, компаниями Twist Bioscience и Roswell Biotechnologies, а также с Вашингтонским университетом и компанией Microsoft. Последняя, как мы не раз сообщали, плотно занимается проблемами записи данных с использованием ДНК.

Совместный проект всех перечисленных выше участников программы MIST под названием SMASH (Scalable Molecular Archival Software and Hardware) будет направлен на разработку платформы для синтеза ДНК на основе кремниевых (полупроводниковых) решений. Эта платформа должна будет записывать загружаемые данные в виде цепочек ДНК и позволять считывать их в виде секвенирования ДНК. В перспективе должна получиться система хранения данных размерами с настольное устройство вместо огромного зала с дисковыми стойками.

Учёные утверждают, что в объёме размером с кубик сахара может храниться эксабайт данных. При правильном хранении записанная по методу ДНК информация может сохраняться тысячелетия, ведь учёные успешно расшифровывают ДНК давным-давно умерших животных и людей. Чтобы проект был признан успешным, необходимо научиться в сутки кодировать и декодировать сотни терабайт данных с энергетическими и прочими затратами в 100 раз меньшими, чем это происходит сегодня при записи на актуальные носители информации. И пока перспективной альтернативы записи по методу ДНК нет, уверены разработчики.

Источник:

Учёные создают «живой бетон», который размножается и лечит трещины

Строительный материал с прочностью бетона и с возможностями расти и восстанавливать повреждения окажет неоценимую услугу человеку на Земле и в космосе. На этом направлении далеко продвинулись американские учёные с финансированием со стороны военных.

CU Boulder College of Engineering and Applied Science

CU Boulder College of Engineering and Applied Science

Университет штата Колорадо в Боулдере (University of Colorado Boulder) по программе агентства DARPA занимается поиском строительного материала на основе живых организмов ― бактерий. Такой материал мог бы восстанавливать свою структуру после повреждений, например, в ходе боевых действий. Также растущий и самоизлечивающийся строительный материал мог бы помочь в освоении Арктики, африканских пустынь и даже Луны или Марса, куда непросто доставить обычные строительные материалы в необходимом объёме.

В ходе эксперимента учёные подобрали режимы освещения и питания цианобактерий, которых поместили в специальные формы в смесь песка и желатина (как вариант ― гидрогеля). По мере роста и отмирания бактерии поглощали углекислый газ и превращались в карбонат кальция ― основной ингредиент при производстве бетона. Опыты выявили, что колонии бактерий не погибают полностью, а уровень выживания может достигать 14 %. Это означает, что если к излому «живого» кирпича добавить питательную среду, то бактерии возобновят рост и сами достроят недостающую часть или зарастят трещину или скол.

В лабораториях университета учёные успешно вырастили «живые кирпичи» размером с обувную коробку и материалы сложной формы. С каждой половинки кирпича получилось вырастить по 8 целых кирпичей. Колонии бактерий оставались живыми и продолжали расти раз за разом. Побочной особенностью роста бактерий стало изменение цвета кирпичей. Это свойство можно использовать для сигнализации о наличии в воздухе токсичных веществ. Если стена напротив вдруг покраснела, значит, концентрация вредных веществ в воздухе выше нормы. Это может оказаться полезным для внеземных поселений.

Когда ожидать подвоза «живого бетона» в ближайший строительный супермаркет? Учёные полагают, что до этого момента пройдёт не менее 5, но не более 10 лет.

Источник:

Новая технология в два раза снизит потребление QLED-экранов

Швейцарские учёные предложили технологию, которая в два раза увеличивает интенсивность свечения светодиодов на квантовых точках. Тем самым большеформатные дисплеи на QLED могут двукратно снизить потребление или стать намного ярче.

Свечение пластинки синим светом, возбуждаемым в материале ультрафиолетовой подсветкой (ETH Zurich / Jakub Jagielski)

Свечение пластинки синим светом, возбуждаемым в материале ультрафиолетовой подсветкой (ETH Zurich / Jakub Jagielski)

Традиционная технология производства светодиодов на квантовых точках предполагает изготовление слоя или нескольких слоёв из нанокристаллов сферической формы. Подобные формы означают, что возбуждаемый в нанокристаллах свет распространяется во все стороны, а не только перпендикулярно по направлению к наблюдателю. Очевидно, что это ведёт к потерям и лишним затратам энергии. В нужном направлении распространяется только около 20 % света.

Учёные из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH) предложили технологию, которая может в два и более раз увеличить интенсивность свечения светодиодов на квантовых точках. Но прежде мы уточним, что речь идёт именно о светодиодах, в которых слой с квантовыми точками в зависимости от материала может излучать свет заданного цвета: синий, зелёный или красный (жёлтый или оранжевый). Обозначение QLED в данной заметке (и в оригинале) не следует путать с технологией Samsung QLED, которая для формирования цветных экранов использует «монохромные» QLED, накладные цветные фильтры и LCD-панели.

Технология ETH предполагает использование ультрафиолетового источника свечения и несколько материалов с квантовыми точками, каждый из которых возбуждает свет заданной длины волны (цвет). Из таких QLED можно сформировать полноценную триаду. Изобретение швейцарских учёных позволит существенно снизить потребление дисплеев из массивов таких триад. Для этого они научились формировать вместо сферических плоские нанопластинки с квантовыми точками. Более того, если нанопластинки располагать в несколько слоёв друг над другом, то интенсивность свечения существенно возрастает.

Проблема крылась в том, что нанопластинки, расположенные одним слоем, возбуждают свет в одном направлении перпендикулярно своей поверхности, но если сверху для увеличения интенсивности излучения наложить второй слой нанопластинок, то за счёт квантовых взаимодействий между слоями свет начинает распространяться в других направлениях. Учёные преодолели эту трудность и научились изолировать пластинки друг от друга тонкой прослойкой толщиной 0,65 нм. Размеры самих пластинок составили 2,4 нм.

Представленная структура и технология производства QLED позволили увеличить передачу возбуждаемого в материале с квантовыми точками света в направлении наблюдателя до 40 % или в два раза по сравнению с обычной технологией производства. Этого удалось добиться для синего, зелёного, жёлтого и оранжевого цветов. Для красного цвета это пока сделать не получилось.

По словам учёных, по новой технологии светодиоды QLED изготавливаются в одном цикле, что обещает сделать производство менее затратным. Также за счёт многослойного расположения излучающих слоёв можно увеличить интенсивность свечения обычных светодиодов, но это, как раз, потребует увеличения производственных циклов. Обычные светодиоды станут ярче, но будут дороже.

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥