Теги → транзисторы
Быстрый переход

Intel нашла замену транзистору: предложен необычный логический элемент с памятью

Вопрос дальнейшего снижения масштабов техпроцесса волнует всех производителей полупроводников и компанию Intel в частности. Уменьшение размеров элементов на кристалле позволяет снижать как питание и потребление, так и увеличивать рабочие частоты. И хотя до теоретического предела работы традиционных КМОП-процессов ещё есть небольшой запас, проблемы с переходом на 10-нм технологические нормы показали, что каждый следующий нанометр надо вырывать у природы с неимоверными усилиями и затратами. При этом всем очень хочется, чтобы даже в эру после КМОП процессорные архитектуры продолжали соответствовать фон-неймановским. Это привычно и даёт возможность использовать опыт многих десятилетий. Реально ли это? В Intel считают, что реально.

Как сообщают в Intel, в журнале Nature опубликованы результаты совместной разработки специалистов компании и учёных из калифорнийского Университета в Беркли и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory). В публикации сообщается о разработке логического элемента будущего. Элемент называется MESO: magneto-electric spin-orbit или, по-русски, магнитоэлектрический спин-орбитальный (МЭСО). По сравнению с транзисторами логика МЭСО может переключаться с напряжением в 5 раз меньшим, чем транзисторы в логике КМОП. В эксперименте элемент переключался с напряжением 500 мВ, но расчёты показывают, что переключение также будет происходить при напряжении 100 мВ.

Снижение напряжения для переключения элемента автоматически ведёт к снижению потребления и токов утечек. Разработчики считают, что МЭСО-логика уменьшит потребление чипов от 10 до 30 раз и обеспечит сверхнизкое потребление в ждущем режиме. Нетрудно представить, что разработка обещает толкнуть вычислительные архитектуры далеко вперёд, что в эру ИИ может оказать неоценимую услугу отрасли и людям. Мы же не хотим конкурировать со Скайнет за доступ к электростанциям? Шутка.

Но на этом вся прелесть в МЭСО не заканчивается. Этот элемент может также хранить информацию — как минимум один бит данных на один элемент. Тем самым информация может храниться там, где она обрабатывается. Мозги 2.0? Фишка в том, что в качестве материала для ячейки МЭСО используется мультиферроик в виде соединения висмута, железа и кислорода (BiFeO3). Мультиферроики (в советской литературе — сегнетомагнетики) отличаются тем, что в них существуют две и более упорядоченности. В противовес им, например, в ферромагнетике под воздействием внешнего электромагнитного поля проявляется намагниченность, а в сегнетоэлектриках — начинает течь ток.

В мультиферроиках в виде соединения BiFeO3 атомы кислорода и железа внутри решётки из висмута создают электрический диполь и связанный с ними магнитный (спиновый) момент. Меняя направление электрического диполя с помощью напряжения переключения, также изменяется направление намагниченности. Последнее можно записать и позже считать как данные (0 или 1). Вторая часть аббревиатуры МЭСО — спин-орбитальный — означает, что считывание и запись данных происходит с использованием эффекта переноса вращательного момента, используя для этого спин-орбитальный момент электронов. Логический элемент и память в одной элементарной структуре — это очень интересно!

Предложен новый вариант одноатомного транзистора

Транзисторы размером с один атом остаются неблизким, но неизбежным рубежом, после которого невозможно будет развивать данный тип электронных приборов. Исследователи давно изучают данный рубеж, чтобы понять насколько близко и как скором мы сможем к нему приблизиться. Очередной экспериментальный одноатомный транзистор создали в Технологическом институте Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT). Разработка стала продолжением серии экспериментов по созданию одноатомного транзистора в жидком электролите. Новая структура создана в твёрдом электролите и может считаться уникальной.

экспериментальный одноатомный транзистор разработки Технологического института Карлсруэ (KIT)

Экспериментальный одноатомный транзистор разработки Технологического института Карлсруэ (KIT)


Отмечается, что предложенный в KIT транзистор может стать основой квантовых вычислительных систем. При этом он работает при комнатной температуре, а не с охлаждением до −273 °C, как современные квантовые коммутаторы. Но даже для традиционной вычислительной и другой электроники разработка сулит немыслимое — снижение потребления для транзисторов более чем в 10 000 раз.

Высокая энергоэффективность предложенной транзисторной структуры достигнута также за счёт того, что разработчики отказались от полупроводников в пользу исключительно металлов. Транзистор представляет собой два металлических контакта с зазором между ними в один атом. В зазоре находится твёрдый электролит, полученный из жидкого состояния путём высокотемпературного воздействия. С помощью импульса тока, приложенного к контактам, в зазор вводится атом серебра, который замыкает цепь (транзистор переходит в открытое состояние). Обратный импульс выводит атом серебра из зазора, размыкая цепь и запирая транзистор.

Современная электроника и вычислительные мощности во всём мире потребляют около 10 % вырабатываемой электростанциями электроэнергии. В этом свете вопрос снижения потребления транзисторов крайне актуален, уверены в институте. Может так статься, что именно эта разработка окажется востребованной отраслью и приблизит создание электроники с никогда не разряжающейся батарейкой.

Для ускорения работы транзистора учёные встроили в него лазер

Учёные Университета Пердью в штате Индиана предложили улучшить структуру субмикронного полевого транзистора, встроив в него для этого полупроводниковый лазер. Ожидается, что такая гибридная структура обеспечит ошеломительный эффект в виде снижения потребления транзистора наноразмерного уровня и приведёт к повышению производительности за счёт увеличения скорости его переключения.

Структура обычного кремний-германиевого полевого транзистра (Purdue Office of Technology Commercialization)

Структура обычного кремний-германиевого полевого транзистора (Purdue Office of Technology Commercialization)

В качестве лазера предложено использовать квантово-каскадный лазер. Данный тип полупроводникового лазера работает на эффекте перехода электронов между слоями гетероструктуры полупроводника. Иначе говоря, транзистор является «естественной средой» для квантово-каскадного лазера. Кроме этого в транзистор встроена комплексная система переключающих механизмов, которая одновременно переключает транзистор из включенного состояния в выключенное и обратно. Увы, подробностями источник не располагает.

Лазер и «переключающие механизмы» призваны решить одну фундаментальную трудность для мельчающих транзисторов. Для снижения потребления и для повышения скорости переключения транзисторов по мере снижения масштаба норм технологических процессов необходимо снижать напряжение питания до пороговых значений и крайне желательно снизить сам порог переключения, который при обычных условиях уменьшить ниже строго определённого значения просто невозможно.

В схемотехнике полевых транзисторов за это отвечает величина или крутизна допорогового размаха (subthreshold swing). В свою очередь, чтобы допороговый размах был как можно меньше, а крутизна больше, необходимо повышать плотность тока открытия транзистора и понижать плотность тока его закрытия. Это крайне положительно скажется на уменьшении допорогового размаха напряжения, в чём главную роль обещает сыграть встроенный в структуру полевого транзистора лазер.

Fujitsu разработала GaN-транзистор, двукратно повышающий дальность погодных радаров

Компания Fujitsu Limited и её исследовательское подразделение Fujitsu Laboratories Ltd продолжают совершенствовать мощные транзисторы с использованием нитрида галлия (GaN). Подобные полупроводниковые структуры позволяют создавать электронные приборы с высочайшей рабочей частотой, что востребовано в радиолокационной и приёмопередающей аппаратуре. Например, грядёт сотовая связь пятого поколения с ёмкими каналами для передачи данных, для которых мощные высокочастотные транзисторы станут находкой. Другим важным применением подобных транзисторов считаются погодные радары, способные определять дождевые облака и помогать предсказывать ливни и штормы.

Новая разработка Fujitsu позволяет улучшить так называемый транзистор с высокой мобильностью электронов (high electron mobility transistors, HEMT) как с позиции увеличения тока, так и с позиции увеличения управляющего напряжения. В кристаллическую структуру транзистора HEMT с использованием нитрида галлия внесены изменения в виде разделительного слоя из сплава алюминия с нитридом галлия (AlGaN). Добавочный слой или барьер разделяет слой из сплава индия, алюминия и нитрида галлия (InAlGaN) и нижележащий транзисторный канал для движения электронов.

Новая структура транзистора защитит от пробоя высоким напряжением (Fujitsu)

Новая структура транзистора защитит от пробоя высоким напряжением (Fujitsu)

В обычной ситуации без разделительного барьера AlGaN на затвор-исток транзистора HEMT нельзя подать достаточно больше напряжение. Электроны могут накопить слишком много энергии, чтобы возник пробой кристаллической структуры. Разделитель делает две вещи. Во-первых, позволяет накапливаться электронам в канале в достаточной концентрации для наращивания силы тока. Во-вторых, приложенное напряжение к затвору-истоку теперь распределяется между слоем с источником электронов и разделителем. Это ограничивает возможность отдельных электронов накапливать критическую для возникновения пробоя энергию, хотя приложенное напряжение и общий заряд массы электронов растёт, повышая результирующую мощность транзисторов.

Мощноять HEMT транзистора из нитрида галлия удалось повысить в три раза (Fujitsu)

Мощность HEMT транзистора из нитрида галлия удалось повысить в три раза (Fujitsu)

Согласно проведенным в компании Fujitsu экспериментам, мощность HEMT транзисторов из нитрида галлия может достигать значения 19,9 Вт, что является абсолютным рекордном для индустрии (в три раз больше актуальных решений). Тем самым дальность погодных радаров может быть увеличена в 2,3 раза. Коммерциализация разработки намечена на 2020 финансовый год. Пока в компании будут продолжать эксперименты с новой транзисторной структурой.

Российские учёные создадут транзисторы нового поколения для систем связи

Специалисты Томского государственного университета (ТГУ) совместно с АО НПФ «Микран» создают технологию промышленного производства тонкоплёночных полупроводниковых гетероструктур для изделий гражданского, оборонного и космического назначения.

Фотографии ТГУ

Фотографии ТГУ

Речь идёт прежде всего о разработке транзисторов нового поколения с высокой подвижностью электронов (High Electron Mobility Transistor, HEMT). Российские исследователи рассчитывают повысить удельную мощность таких изделий.

«Для производства современных НЕМТ используют многослойные тонкоплёночные гетероструктуры, функциональные характеристики которых могут быть улучшены за счёт нитридных соединений индия-алюминия-галлия в сочетаниях, которые ранее промышленно не использовались», — отмечают специалисты.

Помимо повышения мощности, будут улучшены и другие характеристики транзисторов. В частности, повысятся термическая стабильность и устойчивость к внешним высокоэнергетическим воздействиям.

Отмечается, что в процессе изготовления HEMT летучие металл-органические соединения будут послойно наноситься на подложку из карбида кремния. Транзисторы нового поколения найдут применение в различных системах связи, в том числе мобильной и спутниковой.

Реализация проекта обойдётся в 300 млн рублей. Половину этой суммы предоставит Минобрнауки РФ. Исследования планируется завершить к концу следующего года. 

Для техпроцессов с нормами менее 5 нм Imec предложила «нанотранзистор»

К симпозиуму VLSI Technology 2018 бельгийский центр Imec подготовил два связанных документа, в которых раскрыл варианты производства транзисторных структур с технологическими нормами менее 5 нм. Данная разработка призвана преодолеть фундаментальное ограничение, связанное с необходимостью уменьшать размеры транзисторных элементов. По мере снижения размеров элементов, в частности — сечения транзисторных каналов, снижаются также максимально допустимые значения токов, которые можно пропускать через транзистор.

Схематическое изображение транзисторных каналов в поперечном сечении: FinFET, нанопровода, наностраницы

Схематическое изображение транзисторных каналов в поперечном сечении: а) FinFET, б) нанопровода, в) наностраницы

Чтобы продолжить уменьшать размеры транзисторов и не терять в производительности решений, Imec предлагает в качестве материала канала транзистора использовать не кремний, а германий. В первом документе исследователи с цифрами на руках доказали ценность практического использования германия в каналах полевых транзисторов с p-проводимостью (pFET) для техпроцессов с нормами менее 5 нм. При этом канал транзистора выполняется в виде нанопроводника (nanowire).

К сожалению, даже выполненный из германия один нанопроводной канал не может обеспечить достаточных токовых характеристик для транзисторов требуемой функциональности. Поэтому во втором документе исследователи рассказывают о кольцевых затворах вокруг нанопроводников-каналов (gate-all-around) и о технологии стековой компоновки каналов, когда каждый транзисторный канал представляет собой совокупность нескольких уложенных друг на друга нанопроводников-каналов каждый со своим кольцевым затвором. Суммарное сечение всех каналов оказывается достаточным, чтобы не создавать току высокого сопротивления. Также в такой стековой конструкции паразитная ёмкость оказывается меньше, чем если бы у транзистора был один общий канал.

Реальное изображение сечения транзисторных каналов с затворами вокруг наностраниц (IBM, техпроцесс 5 нм)

Реальное изображение сечения транзисторных каналов с затворами вокруг наностраниц (IBM, техпроцесс 5 нм)

Ещё одна тонкость заключается в том, что в качестве материала для канала используется не просто германий, а так называемый напряжённый германий. Это не новая технология, её для кремния используют все производители процессоров. Смысл этого действа — растянуть атомарную решётку материала и улучшить мобильность передвижения электронов. Тем самым германий, который и так обладает лучшей мобильностью электронов, чем кремний, становится ещё лучше.

Всё выше сказанное специалисты Imec воплотили в «железе», создав и продемонстрировав полевой транзистор p-типа с кольцевым затвором и каналом из нанопроводов. Правда, для этого была использована производственная платформа 14/16 нм. Но принцип понятен и он работает. Партнёрами центра по этой программе выступают компании GlobalFoundries, Huawei, Intel, Micron, Qualcomm, Samsung, SK Hynix, Sony Semiconductor Solutions, TOSHIBA Memory, TSMC и Western Digital, чьи имена говорят сами за себя.

В России начато производство компонентов для 5G-оборудования

Холдинг «Росэлектроника», входящий в госкорпорацию Ростех, объявил о начале выпуска нитрид-галлиевых (GaN) транзисторов для создания сетей связи 5G и нового поколения систем радиолокации.

Изделия с обозначением ПП9137А обладают высоким значением удельной выходной мощности, широкой полосой согласования, высоким значением пробивных напряжений «сток-исток». Выходная мощность составляет от 5 до 50 Вт, коэффициент усиления по мощности — от 9 до 13 дБ.

Сообщается, что опытные образцы прошли испытания в составе аппаратуры квадрокоптеров, радиостанций и аппаратуры локации аэропортов. Важно отметить, что транзисторы полностью взаимозаменяемы с импортными аналогами, что позволяет не проводить дополнительные настройки в составе аппаратуры.

Применение новых транзисторов в сетях связи позволит увеличить объёмы передаваемого трафика за счёт большего диапазона частот. Причём такие изделия обеспечат стабильную работу аппаратуры при температурах от минус 60 до плюс 125 градусов Цельсия.

Гетероэпитаксиальные структуры GaN и твёрдых растворов на его основе находят всё более широкое применение в области радио- и силовой электроники. Развитие производства мощных переключательных транзисторов, созданных на основе GaN, как ожидается, приведёт к значительному уменьшению габаритов блоков питания, адаптеров, зарядных устройств. 

Двухслойный графен ляжет в основу транзисторов следующего поколения

Международной группе учёных удалось систематизировать информацию о двухслойном графене — перспективном материале, который, как ожидается, найдёт применение в электронных и оптических устройствах следующего поколения.

Как сообщается, в работе приняли участие специалисты из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония), ИТПЭ РАН, МФТИ, Всероссийского НИИ автоматики и Мичиганского университета (США).

Графен обладает необычными механическими, электрическими и оптическими свойствами. Одна из особенностей материала — высокая подвижность носителей заряда, в десятки раз больше, чем у кремния. Электроны и дырки в графене легко и быстро перемещаются под действием внешнего электрического поля. Но транзистор, построенный на однослойном графене, невозможно эффективно «закрыть». Это связано с тем, что у графена нет запрещённой зоны (запрещённых энергетических состояний для электронов), а значит, через него всегда будет течь ток.

Двухслойный графен. Тип AA — узлы кристаллической решётки слоёв графена находятся точно друг под другом. Тип AB — второй слой графена развёрнут на 60° относительно первого / МФТИ

Двухслойный графен. Тип AA — узлы кристаллической решётки слоёв графена находятся точно друг под другом. Тип AB — второй слой графена развёрнут на 60° относительно первого / МФТИ

В свою очередь, двухслойный графен позволяет локально создавать запрещённую зону и управлять её величиной, прикладывая разность потенциалов перпендикулярно слоям. Это значит, что на его основе может быть построено новое поколение транзисторов, обладающих высокими показателями быстродействия и энергетической эффективности.

«Но говорить о революции в микроэлектронике ещё рано. Получить качественные образцы двухслойного графена намного сложнее, чем однослойного, при этом электрические свойства двухслойного графена (например, подвижность) существенно зависят от качества и точности совмещения слоёв», — говорится в материале МФТИ.

Ожидается, что систематизация информации о двухслойном графене поможет ускорить исследования, связанные с его практическим применением. 

Российские учёные разработали универсальный тестер для транзисторов

Холдинг «Росэлектроника», входящий в госкорпорацию Ростех, отрапортовал о создании универсального испытательного комплекса для контроля параметров транзисторов.

До недавнего времени для каждого типа транзисторов изготавливалось специальное измерительное оборудование. Появление универсального комплекса расширит возможности российских предприятий по выпуску электронной продукции.

Предложенная платформа представляет собой автоматизированный комплекс промышленного назначения. Он может использоваться для контроля характеристик транзисторов на разных стадиях производства, а также для организации входного контроля качества изделий на предприятиях — потребителях электронной компонентной базы.

Прибор обеспечивает измерения параметров транзисторов при максимальном напряжении на стоке и коллекторе 700 В. При необходимости возможно создание комплекса с напряжениями коллектора и истока до 2000–4000 В. Относительная погрешность измерения параметров транзисторов не превышает 2 %.

Кроме того, как отмечается, комплекс позволяет проводить измерение внутренних объёмных сопротивлений базы и эмиттера биполярных транзисторов.

Сейчас специалисты проводят испытания и калибровку комплекса перед началом его поставок. 

Мощные СВЧ-компоненты российской разработки заменят импортные аналоги

«Объединённая приборостроительная корпорация» (ОПК) завершает испытания мощных электронных СВЧ-компонентов, которые заменят иностранные комплектующие в широком спектре российского оборудования.

Речь идёт о сверхвысокочастотных транзисторах, выполненных по нитрид-галлиевой технологии (GaN). Они обеспечивают высокую мощность, стойкость аппаратуры к космической радиации и другим внешним воздействиям, а также стабильную работу при температурах от минус 60 до плюс 125 градусов Цельсия.

На данный момент разработка полностью завершена, а испытания новейших электронных компонентов в составе различной аппаратуры находится в финальной стадии.

Предполагается, что разработка ОПК найдёт применение в космической и авиационной отраслях. Кроме того, транзисторы из нитрида галлия планируется использовать в военном оборудовании.

Применение новых изделий в СВЧ-аппаратуре военного и двойного назначения позволит заметно уменьшить массогабаритные характеристики конечных устройств. Транзисторы, к примеру, могут быть задействованы в комплексах радиосвязи, радиолокационной аппаратуре и технике радиоэлектронной борьбы. 

В России начата разработка перспективных типов транзисторов

Холдинг «Росэлектроника» (входит в госкорпорацию Ростех) приступил к разработке перспективных типов транзисторов, которые найдут применение в самых разнообразных электронных устройствах.

Речь, в частности, идёт о транзисторах на основе нитрида галлия (GaN) и о так называемых спиновых полевых транзисторах.

Отмечается, что изделия на основе GaN откроют широкие возможности в производстве блоков питания различных типов, в развитии мобильной и космической связи. В частности, такие транзисторы позволят значительно уменьшить габариты БП, адаптеров и зарядных устройств. А это даст возможность сократить массу и повысить эффективность электромобилей и гибридов.

В мобильной связи пятого поколения мощные СВЧ-транзисторы на основе GaN позволят увеличить объёмы передаваемого трафика за счёт большего диапазона частот. Благодаря высокой радиационной стойкости новые транзисторы будут востребованы в сфере космической связи. Опытные образцы изделий планируется получить в 2017 году.

Что касается спиновых полевых транзисторов, то они обеспечат очень высокую скорость переключения между состояниями и низкое энергопотребление. Серийное производство таких изделий пока не освоено нигде в мире.

Через пять лет уменьшать техпроцессы станет невозможно

Многие эксперты полупроводниковой отрасли уже давно высказывали мнение о том, что Закон Мура себя изживает, и дальнейшее уменьшение размеров транзисторов вскоре упрётся в физический предел. Действительно, для производителей чипов переход на каждый новый техпроцесс становится всё более затратным.

mubadala.com

mubadala.com

Согласно прогнозам Ассоциации полупроводниковой промышленности (Semiconductor Industry Association), членами которой являются такие гиганты, как IBM и Intel, уже после 2021 года эра уменьшения размера полупроводниковых элементов завершится. Конечно, физически можно будет и дальше развивать новые проектные нормы, но эта затея станет настолько затратной, что попросту не окупится. Но это не означает, что прогресс остановится и Закон Мура перестанет выполняться. Просто инженеры будут искать другие пути развития. Среди наиболее перспективных отмечаются современные технологии 3D-микросхем и другие разработки, позволяющие более эффективно использовать доступное пространство.

mubadala.com

mubadala.com

Количество компаний, которые располагают достаточными ресурсами для конкуренции в производстве чипов, сокращается. Среди крупных игроков остались Intel, Globalfoundries, Samsung, TSMC. И, по мнению аналитиков, нет никаких гарантий, что кто-то ещё не покинет этот список.   

Достижение российских учёных позволит на порядок снизить энергопотребление чипов

Российские учёные предложили новый тип транзистора на основе двухслойного графена и с помощью моделирования доказали, что он обладает рекордно низким энергопотреблением по сравнению с существующими аналогами.

В исследованиях принимали участие специалисты Московского физико-технического института (МФТИ) и Физико-технологического института РАН, а также их коллеги из университета Тохоку (Япония). Результаты работы приведены в журнале Scientific Reports.

Зависимость энергии электрона от импульса в двухслойном графене, напоминающая мексиканскую шляпу, и энергетическая зависимость плотности состояний

Зависимость энергии электрона от импульса в двухслойном графене, напоминающая мексиканскую шляпу, и энергетическая зависимость плотности состояний

Создание транзисторов, способных переключаться при малых напряжениях (менее 0,5 В), является одной из серьёзнейших проблем современной электроники. Наиболее перспективными кандидатами для её решения являются туннельные транзисторы. В отличие от классических транзисторов, где электроны «перепрыгивают» через энергетический барьер, в туннельных транзисторах электроны через барьер «просачиваются» благодаря квантовому эффекту туннелирования. Однако в большинстве полупроводников туннельный ток очень мал, и это не позволяет использовать туннельные транзисторы на их основе в реальных схемах.

На этот раз учёные предложили новую конструкцию туннельного транзистора на основе двухслойного графена. Как показало моделирование, благодаря низкому энергопотреблению появляется возможность значительного увеличения тактовой частоты процессоров. Согласно результатам расчётов, она может вырасти на два порядка.

Предложенная конструкция транзистора: двухслойный графен (красный слой) переносится на оксид кремния SiO2 или выращивается на подложке нитрида бора (hBN). Тонкий диэлектрик ZrO2 (2 нм) отделяет канал транзистора от управляющих затворов. Крайние затворы (doping gates) создают легированные контакты, центральный затвор (control gate) управляет прозрачностью туннельного барьера

Предложенная конструкция транзистора: двухслойный графен (красный слой) переносится на оксид кремния SiO2 или выращивается на подложке нитрида бора (hBN). Тонкий диэлектрик ZrO2 (2 нм) отделяет канал транзистора от управляющих затворов. Крайние затворы (doping gates) создают легированные контакты, центральный затвор (control gate) управляет прозрачностью туннельного барьера

Такие показатели возможны благодаря необычной зависимости энергии электрона от импульса в двухслойном графене, которая по внешнему виду напоминает мексиканскую шляпу.

Разработанная исследователями конструкция транзистора уникальна ещё по одной причине: для её создания не требуется химического легирования графена, то есть растворения небольших количеств одного полупроводника в другом, которое служит для увеличения электропроводности. Операция легирования является одной из самых сложных в микроэлектронной технологии.

Более подробную информацию о предложенной технологии можно найти здесь

Fujitsu представила самое компактное зарядное устройство для смартфона

К выставке Big Sight в Токио, которая проходит с 10 по 12 декабря, компания Fujitsu Laboratories подготовила интересную новинку — самое компактное и одновременно самое эффективное зарядное устройство для смартфонов. Казалось бы, чем может удивить зарядное устройство? Оказалось — может! Разработчики из Fujitsu использовали в схеме устройства новейшие силовые транзисторы на основе нитрида галлия (GaN). Это пока редкий «зверь» в бытовых электронных приборах. Транзисторы на основе GaN способны работать на частотах, вдесятеро превышающих скорость переключения традиционных кремниевых полевых транзисторов. Этому способствует высокая подвижность электронов в нитриде галлия. Также GaN-транзисторы обладают низким динамическим сопротивлением и характеризуются низким пороговым напряжением переключения.

Прототип первого блока питания для смартфонов на транзисторе из нитрида галлия (Fujitsu Laboratories)

Прототип первого блока питания для смартфонов на транзисторе из нитрида галлия (Fujitsu Laboratories)

Благодаря перечисленным выше характеристикам блоки питания на основе транзисторов из нитрида галлия оказываются значительно меньше по размерам и способны отдавать нагрузке повышенные токи с уменьшенными потерями при преобразовании. Прототип блока питания Fujitsu для смартфона имеет объём всего 15 кубических сантиметров и отдаёт нагрузке до 12 Вт. Коэффициент полезного действия достигает значения 87 %. Последнее не менее важно, чем малые размеры и высокие токи. Ёмкости батареек в смартфонах постепенно растут, а значит, растёт время, требуемое для полного заряда аккумулятора. Чем выше КПД преобразователя, тем меньше электроэнергии сгорает впустую, что идёт в плюс экономике и экологии. Предложенная компанией Fujitsu схемотехника и использование GaN-транзисторов практически устраняют паразитные переходные процессы при преобразовании сетевого напряжения в напряжение, требуемое для заряда батареи смартфона.

Идеальная «пила» при преобразовании импульса, которая не уходит в минус (Fujitsu Laboratories)

Идеальная «пила» при преобразовании импульса, которая не уходит в минус (Fujitsu Laboratories)

Также аккумулятор смартфона зарядится быстрее, если блок питания окажется достаточно мощным. Как считают разработчики, представленный прототип блока питания поможет зарядить аккумулятор смартфона всего за 1/3 типичного времени заряда, свойственного современным блокам питания. Следует добавить, что в феврале 2016 года на территории США вводится требование продавать внешние блоки питания с уровнем КПД, отвечающие требованиям нового стандарта «Level VI». Прототип блока питания Fujitsu, как следует из графика ниже, по характеристикам превышает требования Level VI и не нарушит законодательства. Правда, в продажу блоки питания на GaN-транзисторах компания рассчитывает отправить только в финансовом 2017 году (с апреля 2017 года).

КПД опытного блока питания на GaN-транзисторе удовлетворяет требованиям нововго стандарта Level VI (Fujitsu Laboratories)

КПД опытного блока питания на GaN-транзисторе удовлетворяет требованиям нового стандарта Level VI (Fujitsu Laboratories)

IBM взяла ещё один барьер на пути к транзисторам из углеродных нанотрубок

Летом этого года компания IBM завершила передачу двух своих заводов компании GlobalFoundries. Тем самым, помимо прочего, компания лишилась опытного производства в Ист-Фишкилл (East Fishkill), где она обкатывала разработки, относящиеся к новым техпроцессам. Также компания IBM лишилась значительной части опытных инженеров, которые теперь будут разрабатывать техпроцессы в составе GlobalFoundries. Означает ли это, что IBM больше не будет уделять R&D должного внимания? Нет, не означает. Летом прошлого года компания утвердила пятилетний план по разработкам с объёмом финансирования в 3 млрд долларов США.

Ключевым моментом плана считается переход к посткремниевой электронике. Это и поиск новых материалов, и разработка техпроцессов с нормами менее 7 нм, и создание новых транзисторов. Наиболее перспективным направлением в данном случае признаётся разработка электронных приборов с использованием углеродных нанотрубок. Углеродная нанотрубка — это свёрнутый в трубочку графен. Её стенка толщиной в один атом, что позволит приблизиться к транзисторам со структурой масштаба атомов. При этом электрические свойства углеродных нанотрубок значительно превосходят электрические свойства традиционных полупроводников на основе кремния.

На днях компания IBM сообщила, что она преодолела очередной барьер на пути к транзисторам с каналом из углеродных нанотрубок. Больным местом подобных электронных приборов оставался контакт между транзисторным каналом и токопроводящими площадками с обеих сторон канала. По мере снижения масштаба производства площадь металлических контактов тоже снижалась, что вело к увеличению сопротивления в месте соединения. Возросшее сопротивление — это потери и, в итоге, ухудшение характеристик транзисторов.

Условная конструкция транзистора на основе углеродной нанотрубки (первые CNT-транзисторы будут содержать в канале от сотен до тысяч нанотрубок))

Условная конструкция транзистора на основе углеродной нанотрубки (первые CNT-транзисторы будут содержать в канале от сотен до тысяч нанотрубок)

Для решения данной проблемы в IBM создали уникальную технологию — что-то типа химической сварки. Атомы углерода в концах нанотрубок привязываются к атомам металлов в месте контакта, чем значительно снижается сопротивление контакта. Данные об эксперименте опубликованы компанией в журнале Nature от 2 октября. По словам IBM, данная технология обещает открыть путь к техпроцессам с нормами до 1,8 нм. Компания IBM в этом году уже показала опытный чип, выпущенный с нормами 7 нм. Можно ожидать, что она в дальнейшем также продолжит данную практику. 

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥