Новости Hardware → нанотехнологии
Главная новость

Электроника без электричества: в MIT придумали магнитный «транзистор»

Электроника без электричества: в MIT придумали магнитный «транзистор»

Исследователи из Массачусетского технологического института предложили новый подход для организации вычислительных процессов, в которых почти или даже вообще не используется электрический ток (поток электронов). Для этого используются магнитные материалы и их свойства менять намагниченность, а также такие квантовые эффекты, как перенос спинового момента элементарных частиц. Условный магнитный транзистор может переключаться из одного состояния в другое без потребления электричества только на магнитных и спиновых эффектах, что ведёт едва ли не к нулевому выделению тепла.

В своих экспериментах учёные использовали такое явление, как спиновая волна. Это определённое квантовое свойство электронов в магнитных материалах с решётчатой структурой. В таких материалах намагниченность упорядочена, а возникающие нарушения не локализуются, а начинают распространяться в виде волны. Идея как раз заключается в том, чтобы попытаться воздействовать на эти волны намагниченности ― модулировать их и добиться контролируемого переключения из, условно говоря, состояния 0 в состояние 1 и обратно.

Быстрый переход

TSMC покоряет 5-нм техпроцесс, первыми клиентами станут Apple, HiSilicon, AMD

Китайский интернет-ресурс ChinaTimes сообщил, что компания TSMC не только бурно развивает производство 7-нм чипов, которое обещает побить все производственные рекорды в традиционно вялый зимний сезон, но также демонстрирует прогресс в опытном производстве 5-нм полупроводников. На сегодняшний день уровень брака при рисковом 5-нм производстве составляет 50 %, что ниже, если сравнивать с периодом, когда TSMC осваивала выпуск 7-нм чипов. Компания ускоряется, что не может не радовать.

Среди первых трёх главных клиентов на 5-нм чипы источник называет Apple, HiSilicon и AMD. От компании Apple ждут 5-нм SoC A14. От HiSilicon ожидают Kirin 1000, а от AMD ― процессоров на ядрах Zen 4. Впрочем, компания AMD среди всех перечисленных порадует нас 5-нм новинками позже всех ― в пределах 2021 года. Первая коммерческая продукция с использованием 5-нм техпроцесса начнёт выходить в первом квартале нового 2020 года. Но по-настоящему полномасштабный выпуск 5-нм чипов ожидается к июлю следующего года, когда уровень брака будет сведён к приемлемому уровню от 3 % до 8 %. Компании Apple и HiSilicon, по утверждению источника, уже располагают цифровыми проектами будущих решений (A14 и Kirin 1000), что позволит начать их производство до конца второго квартала 2020 года.

В компании TSMC ожидают небывалый спрос на 5-нм чипы. Он уже превышает возможности запланированного производства. Проектная мощность линий по выпуску 5-нм решений составляет 50 тыс. 300-мм пластин в месяц. Новые планы и расширенные инвестиции позволяют нацеливаться на выпуск до 70 тыс. 5-нм пластин в месяц и, возможно, до 80 тыс. в будущем.

Рисковое производство ядер ARM Cortex-A72 позволило на практике подтвердить ожидаемый выигрыш от перехода на 5-нм техпроцесс. Так, плотность размещения транзисторов выросла в 1,8 раза, а тактовые частоты удалось поднять на 15 %. Если не наращивать частоты, то потребление чипов можно снизить до 30 %. Всё это потребовало дополнительных капитальных затрат в районе $4 млрд сверх уже запланированных $15 млрд, из которых $2,5 млрд предназначено для внедрения 5-нм техпроцесса, а $1,5 млрд необходимы для расширения 7-нм линий.

Источник:

Пауки и рыбки помогают ВМС США создавать средство для остановки судов

Военно-морской исследовательский центр ВМС США в Панама-Сити (штат Флорида) начал разрабатывать новое вооружение для остановки судов в открытом море. Заманчиво заблокировать систему движения вражеского корабля или подозрительного судна на определённое время, чтобы предоставить себе время и пространство для манёвра.

Фотография эксперимента (NAVSEA)

Фотография эксперимента (NAVSEA)

Современные средства остановки судов представляют собой те или иные вариации так называемого морского якоря ― линя-растяжки с буйком и подводным конусом-парашютом. Но такой метод сложен и работает против ограниченного списка плавсредств. Военным необходимо более комплексное и, что важно, обратимое решение. Чтобы остановленному в море судну можно было довольно быстро вернуть ход без каких-либо особенных усилий и ремонта. Такое средство предложено сделать из синтезированного органического вещества на основе слизи морских животных класса миксины и синтетического белка, аналогичного по свойствам обычной паутине.

В разработке новой технологии торможения судов военным США помогают Мичиганский университет, Государственный университет штата Юта и университет Чепмена. Программа разработки называется MVSOT (Maritime Vessel Stopping Occlusion Technologies) или технология остановки морских судов.

Синтезированное исследователями вещество состоит из слизи, армированной белковыми волокнами. В соединении с морской водой слизь многократно разбухает, а волокна придают образованию необходимую жёсткость. После соприкосновения с морской водой природное вещество в жизнедеятельности миксиновых разбухает в 10 000 раз, служа защитным механизмом для этих морских обитателей. В случае использование этого средства для остановки судов оно наматывается на гребной винт, разбухает и всякая тяга прекращается до того, пока винт не очистят. Кстати, военные подчёркивают дружественность технологии к окружающей среде. Ни одна рыбка в море не пострадает.

Схема работы технологии (NAVSEA)

Схема работы технологии (NAVSEA)

Эксперименты показали высокую эффективность предложенного решения и его обратимость. Вопрос только в том, как его будут доставлять в зону винта кораблей? В акватории порта это можно решить с помощью поднятия защитных ограждений. Винт судна-нарушителя порвёт ограждение и в его повреждённые структуры попадёт вода, что вызовет набухание и возникновение комка слизи на гребном винте. А как быть в открытом море, да ещё на виду противника?

Источник:

Samsung повысит надёжность светодиодов QLED до миллиона часов

Технология QLED (или QD-LED), которая обещала составить достойную конкуренцию OLED, оказалась не такой востребованной и популярной, как того хотела бы компания Samsung, которая её разработала и довела до серийного производства в телевизионной технике. Ей на смену компания готовила несколько иную реализацию дисплеев с использованием квантовых точек, а именно технологию QD-OLED.

В дисплеях QD-OLED источником подсветки служит синий светодиод из органических материалов, который используется как по назначению в виде синего источника света, так и для возбуждения зелёного и красного спектров в материале квантовых точек. А дисплеи QLED ― это бутерброд из светодиодной LED-подсветки, цветного фильтра с квантовыми точками и LCD-панели. Утрируя ― прошлый век. Весной этого года Samsung планировала начать строить новые линии для выпуска панелей QD-OLED, но процесс, как сообщают, начал тормозить. Свежей новостью разъясняется, что в Samsung нашли способ улучшить экраны QLED как в плане эффективности излучения, так и с точки зрения продолжительности работы до умопомрачающих величин ― до миллиона часов (более 100 лет).

Исследование под руководством двух ведущих специалистов Samsung Ын-чу Чан (Eunjoo Jang) и Ю-Хо Вон (Yu-Ho Won) показали, что квантовую эффективность QLED можно увеличить на 21,4 %, а увеличение надёжности светоизлучающих элементов позволяет рассчитывать на работу источников в течение миллиона часов. Это обещает вдохнуть в технологию QLED вторую жизнь и привести к появлению коммерческих устройств на базе обновлённой технологии производства.

Разработка защищена более чем 170 патентами. В основе светодиодов лежит фосфид индия. Это вещество призвано стать аналогом кадмия в светодиодах. Экраны QLED не используют кадмий, поскольку он вреден для человеческого организма. Однако заменить его чем-то похожим по свойствам до сих пор не могли. Как выяснилось, заменой кадмию может стать фосфид индия. Предложенная структура снижает окисление светоизлучающего ядра, создавая вокруг него толстую и симметричную оболочку. А сама структура оболочки позволяет быстрее проводить электрический ток, что повышает эффективность источника света.

Источник:

Ученые из МФТИ сделали шаг к появлению новой «флешки»

Создание и разработка устройств для энергонезависимого хранения цифровых данных ведётся на протяжении многих десятилетий. Настоящий прорыв чуть меньше 20 лет назад совершила память типа NAND, хотя её разработка стартовала ещё лет на 20 раньше. Сегодня, спустя примерно полвека после начала широкомасштабных исследований, начала производства и постоянных усилий по совершенствованию NAND, этот тип памяти близок к исчерпанию своих возможностей для развития. Необходимо закладывать основу для перехода на иную ячейку памяти с лучшими энергетическими, скоростными и другими характеристиками. В длительной перспективе такой памятью может стать сегнетоэлектрическая память нового типа.

Поперечное сечение изготовленной структуры (МФТИ)

Поперечное сечение изготовленной структуры (МФТИ)

Сегнетоэлектрики (в зарубежной литературе используется термин ферроэлектрики) ― это диэлектрики, которые обладают памятью о приложенном электрическом поле или, иначе говоря, характеризуются остаточной поляризацией зарядов. Память на сегнетоэлектриках не является чем-то новым. Проблемой было уменьшить масштаб сегнетоэлектрических ячеек до наноразмерного уровня.

Три года назад учёные в МФТИ представили технологию изготовления тонкоплёночного материала для сегнетоэлектрической памяти на основе оксида гафния (HfO2). Это тоже не уникальный материал. Этот диэлектрик несколько пятилеток подряд использовался для изготовления транзисторов с металлическими затворами в процессорах и другой цифровой логике. На основе предложенных в МФТИ сплавных поликристаллических плёнок оксидов гафния и циркония толщиной 2,5 нм удалось создать переходы с сегнетоэлектрическими свойствами.

Чтобы сегнетоэлектрические конденсаторы (так их стали называть в МФТИ) можно было использовать в качестве ячеек памяти, необходимо добиться максимально возможной поляризации, для чего необходимо детальное изучение физических процессов в нанослое. В частности, получить представление о распределении электрического потенциала внутри слоя при подаче напряжения. До недавнего времени учёные могли опираться лишь на математический аппарат для описания явления, и только сейчас реализована методика, с помощью которой буквально удалось заглянуть внутрь материала в процессе явления.

Команда ученых, проводивших эксперимент, возле установки высокоэнергетической рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на синхротроне PETRA III, Гамбург. Слева направо: Андрей Глосковский, Юрий Матвеев, Дмитрий Негров, Виталий Михеев и Андрей Зенкевич. Предоставлено Андреем Зенкевичем (МФТИ)

Команда ученых, проводивших эксперимент, возле установки высокоэнергетической рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на синхротроне PETRA III, Гамбург. Слева направо: Андрей Глосковский, Юрий Матвеев, Дмитрий Негров, Виталий Михеев и Андрей Зенкевич. Предоставлено Андреем Зенкевичем (МФТИ)

Предложенная методика, которая опирается на высокоэнергетическую рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, могла быть реализована только на специальной установке (ускорителях-синхротронах). Такая находится в Гамбурге (ФРГ). Все эксперименты с изготовленными в МФТИ «сегнетоэлектрическими конденсаторами» на основе оксида гафния прошли в Германии. Статья о проведенной работе опубликована в Nanoscale.

«Созданные в нашей лаборатории сегнетоэлектрические конденсаторы, если их применить для промышленного изготовления ячеек энергонезависимой памяти, способны обеспечить 1010 циклов перезаписи — в сто тысяч раз больше, чем допускают современные компьютерные флешки», — утверждает  Андрей Зенкевич, один из авторов работы, заведующий лабораторией функциональных материалов и устройств для наноэлектроники МФТИ. Тем самым к новой памяти сделан ещё один шаг, хотя этих шагов предстоит сделать ещё очень и очень много.

Источник:

Программа DARPA MBA поможет военным США создать «идеального солдата»

Объявленная в январе этого года программа DARPA «Измерение биологической способности» (MBA, Measuring Biological Aptitude) обзавелась тремя главными исследовательскими группами. Решением поставленной задачи занялись научно-исследовательское подразделение компании General Electric (GE Research), Флоридский институт человеческого и машинного познания (Institute for Human Machine Cognition) и Ливерморская лаборатория им. Лоуренса. Программа MBA призвана обеспечить военнослужащим доступ к данным о потенциальных возможностях их организма, чтобы достичь пиковых показателей как в процессе выполнения боевой задачи, так и в ходе восстановления (реабилитации).

Исследовательское подразделение GE Research будет создавать биологические датчики для отслеживания биологических параметров бойцов в виде игл. Институт IHMC работает над созданием биологических датчиков в виде зубных накладок (пломб). Группа из Ливерморской лаборатории будет сводить результаты исследований в один рабочий проект. При этом все они будут работать с тестовыми группами военнослужащих для проверки результатов экспериментов на практике.

Идея MBA заключается в том, чтобы раскрыть генетический потенциал каждого бойца и дать ему возможность понимать, что происходит в его организме в каждый момент времени на молекулярном уровне. Не секрет, что генотип далеко не всегда проявляется в фенотипе. На уровне генов программа может быть лучше, чем человек умственно и физически развился к определённому возрасту. Поэтому программа MBA предусматривает не только выявление биологических маркеров и создание соответствующих носимых датчиков, но также расшифровку индивидуальных геномов бойцов и изучение процесса экспрессии генов у каждого из них в реальном масштабе времени.

Каждому подопытному бойцу будет предоставлен личный консультант-генетик, тренер и психотерапевт. В ходе всеобъемлющих физических и когнитивных тренировок планируется собрать и обработать достаточно данных, чтобы в будущем можно было создать простую для бойцов и операторов платформу для самоанализа и анализа со стороны обслуживающего персонала без углублённой квалификации.

Источник:

Транзистор на углеродных нанотрубках впервые преодолел 100-ГГц барьер

На днях молодая компания Carbonics опубликовала в журнале Nature Electronics статью, в которой сообщила о рекордном достижении в области электронных приборов на углеродных нанотрубках. На основе опытной технологии производства транзисторов с использованием нанотрубок впервые удалось продемонстрировать работу прибора на частоте свыше 100 ГГц применительно к сфере радиопередачи. Это открытие обещает привести к бурному развитию радиотехнологий в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне, включая сети 5G.

Основные типы углеродных нанотрубок (Википедия)

Основные типы углеродных нанотрубок (Википедия)

Следует отметить, что компания Carbonics получила средства на исследования  по программе DARPA от военных США и американских ВВС. Первое практическое использование технологии будет отдано на откуп военным США. Это означает, что они получат новые радарные установки и новые средства связи. Добавим, что компания Carbonics в 2014 году была выделена из совместного исследовательского центра Калифорнийского университета и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA-USC) и из совместного проекта UCLA-USC с Городом науки и техники имени короля Абдулазиза Саудовской Аравии (KACST).

Исследователи из Carbonics создали уникальную технологию осаждения ZEBRA, которая позволила преодолеть главное препятствие на пути к электронным приборам на углеродных нанотрубках ― проблему создания плотных и выровненных в одном направлении массивов нанотрубок. Уникальность углеродных нанотрубок в том, что они проводят электроны в одном тончайшем слое, но выровнять все трубки в одном направлении представлялось проблематичным. Компания Carbonics решила эту проблему, хотя до выпуска электронных приборов в масштабе серийного производства всё ещё далеко.

Технология ZEBRA, сообщают разработчики, «это тот переломный момент, после которого нанотрубки становятся серьёзным конкурентом кремнию в практически всех областях микроэлектроники». С помощью данной технологии выровненные массивы углеродных нанотрубок можно создавать на любой поверхности, включая обычные кремниевые пластины, кремний на изоляторе, кварцевое стекло и гибкие материалы. Это означает, что технология интегрируется с традиционной цифровой логикой КМОП и преодолевает все существующие ограничения для гетерогенных интеграционных решений. Осталось придумать, как сделать её пригодной для массового использования и перейти от лабораторных испытаний к заводским.

Источник:

Samsung: эффективность EUV-литографии повысят заморозка пластин и низкое давление

Как известно, компания Samsung первой приступила к использованию сканеров диапазона EUV (13,5 нм) для коммерческого выпуска чипов, что произошло примерно год назад. Поэтому можно сказать, что EUV-литография получила путёвку в жизнь, хотя это не избавило её от детских болезней и не обещает быстрое и светлое коммерческое будущее. Проблем с EUV всё ещё много и их необходимо решать параллельно развёртыванию всё новых и новых коммерческих систем. Компания Samsung, как пионер в продвижении этой темы, тщательно анализирует проблемы и ищет пути для их преодоления.

Etnews

Etnews

На днях на конференции «The Korean Society of Semiconductor & Display Technology» в Университете Ханьян представитель Samsung рассказал о двух серьёзных проблемах, которые пришлось и ещё придётся решать по мере снижения масштаба технологического процесса при выпуске полупроводников. Одна проблема кроется в высокой плотности энергии пучка EUV-излучения, а вторая, связанная с ней ― в невозможности эффективно протравить тончайшие дорожки после обработки пластины и в сложностях с депонированием добавок в предельно узкие канавки цепей в кристаллах.

Высокая удельная плотность энергии EUV-луча ― в 10 раз больше, чем у луча 193-нм лазера ― ведёт к образованию паразитных образований в фоторезисте, что вместе со ставшими более тонкими дорожками приводит к появлению так называемых микромостов. Иначе говоря, возникают непредусмотренные схемой перемычки, которые могут вызвать отказ микросхем. Сегодня компания борется с микромостами с помощью повторяемой кратковременной экспозиции и повторным травлением. При этом удлиняется производственный цикл, что только усугубится после очередного уменьшения масштаба технологических норм. Сканеры EUV ― это дорогие «игрушки» ценой $171 млн за каждую установку. Окупить такую штуку очень тяжело и удлинение технологических циклов этому не будет способствовать.

Вторая проблема при использовании EUV-сканеров связана с уменьшением размеров элементов на кристалле. Канавки для цепей и элементов становятся уже, что затрудняет внесение примесей в полупроводники и даже циркуляцию химических составов в процессе травления. Чтобы протравить канавку, необходимо больше времени, реагентов и защитного покрытия в тех местах, которые не подлежат травлению.

Для преодоления представленных выше препятствий Samsung предлагает сделать две вещи. Во-первых, экстремально снизить рабочую температуру внутри камеры с обрабатываемой пластиной. Во-вторых, значительно понизить давление внутри камеры. Охлаждение до низких температур снизит активность реагентов и даст возможность избежать как появления микромостов (за счёт снижения чувствительности фоторезиста), так и уменьшит нагрузку на защитную полимерную плёнку. Низкое давление в камере вкупе с интенсивной обработкой протравленных зазоров рабочими газами для депонирования усилит циркуляцию материалов в канавках и ускорит циклы травления и депонирования. Но пока это только теория, которую ещё предстоит довести до коммерческой реализации.

Источник:

Представлен «световой коммутатор» для автомобилей будущего и компьютеров

Электроны давно зарекомендовали себя как незаменимый носитель сигналов в электронных цепях благодаря малым размерам и хорошему взаимодействию друг с другом и с материалами электронных схем. Фотоны, претендующие на ту же роль, могут делать то же самое быстрее и с меньшими затратами энергии, но они заметно больше электронов, что требует больше энергии на переключение световых потоков, а также они хуже взаимодействуют с материалами. На практике для дальней связи, например, электроны преобразуют в фотоны для передачи по оптическим каналам и на входе в электронику делают обратное преобразование. Было бы заманчиво избежать подобной затратной по всем статьям трансформации и создать оптические коммутаторы, которые бы напрямую управляли фотонами.

Графическое представление массива коммутаторов

Графическое представление массива коммутаторов

Такой коммутатор создали учёные из Института электромагнитных полей при ETH Zurich вместе с американскими коллегами из NIST (National Institute of Standards and Technology) и шведского Технического университета им. Чалмерса в Гётеборге (Chalmers University in Gothenburg). Статья по теме выложена на сайте издания Science. В основе изобретения лежит явление под названием плазмоника. Плазмон ― это квазичастица, представляющая собой облако возбуждённых электронов на поверхности материала. Свет (фотоны), распространяясь вдоль границы между двух материалов в зазоре из воздуха или стекла, частично проникает в материалы и вызывает на их поверхности участки возбуждения ― те самые плазмоны. Тем самым возникает взаимодействие света с материалами, чем можно научиться управлять.

Созданный учёными электроннооптикомеханический переключатель представляет собой решётку из кремниевых или кварцевых волноводов, в местах пересечения которых встроены управляемые коммутаторы. По сути коммутаторы являются оптическими резонаторами, которые без потерь пропускают свет в волноводе по прямой или заставляют его повернуть под углом 90 градусов, если резонанс нарушается.

Сам по себе узел коммутатора ― это круглая золотая мембрана диаметром 4 мкм толщиной 40 нм. Между кремниевой подложкой и мембраной проложена небольшая по диаметру прокладка из оксида алюминия. Тем самым края мембраны могут подниматься или, при подаче питания под действием возникающего электростатического поля, прижиматься к подложке. Когда края мембраны подняты, фотоны беспрепятственно по прямой минуют коммутатор, но когда края опущены, между фотонами и материалом мембраны в зазоре возникают плазмоны. В этот момент фаза световой волны меняется на 180 градусов, условия для резонанса нарушаются и свет огибает мембрану для перенаправления под углом 90 градусов по перпендикулярному волноводу.

По словам учёных, переключение светового канала возможно со скоростью в несколько млн раз в секунду, хотя до пикосекундной скорости переключения модулятор не дотягивает и, следовательно, не подходит для прямой модуляции светового потока. Но даже в таком виде предложенный коммутатор может найти применение в системе компьютерного зрения автопилотов (в лидарах) и в квантовых оптических вычислителях. Самое главное, что технология подходит для выпуска коммутаторов с использованием обычного КМОП-техпроцесса. Управляющее напряжение не превышает 1 В, а электрические характеристики намного лучше, чем у современных более громоздких электроннооптикомеханических аналогов.

Источник:

Изучение микроструктуры костей черепа поможет создать каску повышенной надёжности

Как и в другие сферы исследований, в область разработки военного снаряжения пришло компьютерное моделирование. В частности, для разработки касок для военных используются компьютерные модели черепа и мозга человека. Это позволяет предварительно оценить степень воздействия ударов на кости и головной мозг человека в зависимости от силы и направления удара и найти оптимальные средства для гашения импульса и минимизации воздействий. Вот только до сих пор все компьютерные модели предполагали, что кости черепа имеют изотропную структуру (с одинаковой во всех направлениях кристаллической структурой). Но на практике это не так.

Другие кости человека убедительно показывают, что кристаллическая структура костных тканей имеет строгую направленность по оси наиболее сильного воздействия для защиты от переломов. С костями черепа всё по-другому. В них тоже есть участки со своей ориентацией, но эти участки достаточно малы, и для грубого моделирования ими можно было пренебречь. Но что, если знание об анизотропии костей черепа поможет создать более надёжные каски для военных? Неужели можно пренебречь этой возможностью? Наконец, знание о поведении различных участков костей черепа может помочь для лечения травм головного мозга.

Именно с этими мыслями Армейская исследовательская лаборатория (ARL) и учёные Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США приступили к комплексным исследованиям микроструктуры костей черепа человека. Для исследований задействована установка высокоэнергетического рентгеновского излучения от усовершенствованного источника фотонов (APS).

Данные о строении костей черепа собираются с использованием поперечного и перпендикулярного сканирования каждого из участков костей и соединений между отдельными костями. Впоследствии массив данных будет переведён в компьютерную модель и будет доступен для проведения экспериментов по рассеиванию ударных импульсов по черепу в зависимости от силы и направления удара. Также будут проведены практические опыты с живыми костными тканями с последующим сканированием травмированных микроучастков.

На основе новых данных и новой компьютерной модели черепа учёные рассчитывают создать каски, способные ещё эффективнее гасить ударные импульсы для предотвращения переломов костей черепа и травм головного мозга.

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥