Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Перспективные полупроводники будут работать на угле, но не так, как вы сначала подумали
27.01.2024 [12:23],
Геннадий Детинич
Для наращивания производительности чипов приходится уменьшать размеры транзисторов и искать новые материалы для их изготовления. Одно без другого не работает. И будет выгодно вдвойне, если какой-либо новый материал для производства передовых полупроводников окажется недорогим, неисчерпаемым и хорошо известным учёным и производственникам. Как выяснили учёные из США, таким материалом может быть обычный уголь. 
Источник изображения: The Grainger College of Engineering at University of Illinois Urbana-Champaign Транзисторы прошли стадию дискретных элементов, интегрированных, планарных, с вертикальными затворами, с полностью окружёнными затворами и приближаются к наностраничным каналам, располагаемым горизонтально. На следующем этапе они станут двухэтажными, когда комплементарная пара будет сидеть друг у друга на голове. Примерно к 2035 году, вероятно, начнут появляться более-менее надёжные технологии массового производства транзисторов из двумерных материалов атомарной толщины. Однако появятся они только в том случае, если для них будет подготовлена база, включая спектр проводников, полупроводников и изоляторов. Уголь в данной триаде может играть роль изолятора, как выяснили исследователи из Национальной лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США (NETL). Почему уголь? Потому что его много. Реально много. Добыча, транспортировка, обработка и хранение угля отлажены как ничто другое. Сегодня практика сжигать уголь для получения энергии и тепла уходит в прошлое как пережиток эпохи расцвета индустриализации. Но разом отказаться от угледобывающей отрасли тоже нельзя, поскольку это будет серьёзным ударом по экономике, промышленности и социуму. Перевести этот ископаемый ресурс в статус высокотехнологического стало бы идеальным решением. Собственно для этого была поставлена соответствующая задача коллективу NETL. Отдельный нюанс в том, что для чипов на двумерных материалах — графене, дисульфиде молибдена и других — традиционные изоляторы из оксидов металлов подходят плохо. Оксиды металлов имеют объёмную и потому неровную поверхность, и если их стыковать с 2D-материалами, то на границе раздела получится такой сложный рельеф, что электронам это точно не понравится. Часть тока будет рассеиваться на границе перехода. Другое дело уголь. Его аморфная структура позволяет создать превосходный изолирующий слой, который почти идеально ляжет на зеркальную гладь 2D-материала. Предложенный учёными техпроцесс нанесения изолирующих плёнок из угля выглядит достаточно простым. Уголь измельчается в порошок, после чего с помощью жидкости превращается в суспензию. После осаждения происходит сушка и полировка. Выглядит несложно и доступно для массового производства. Собственно, последующие эксперименты с углём для замены изоляторов будут направлены преимущественно на разработку технологий для массового выпуска микросхем, о чём учёные рассказали в статье в журнале Communications Engineering. Вишенкой на торте в этой новости стала информация, что в проект с углём вложилась компания TSMC. Тайваньский чипмейкер надеется использовать эту технологию в будущих техпроцессах. Кремний для будущих чипов придётся нарезать в другом направлении, выяснили в IBM
06.01.2024 [12:12],
Геннадий Детинич
Чем меньше становятся транзисторы, тем больше факторов влияет на их производительность. Как выяснили в компании IBM, производительность будущих транзисторов с круговыми затворами и наностраничными каналами будет заметно меняться в зависимости от ориентации кристаллов кремния, из которых они изготавливаются. 
Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews Известно, что кристаллическая решётка — это бесконечно повторяющееся чередование одинаковых комбинаций атомов в структуре вещества. В зависимости от выбора направления и места среза, проходящего через кристалл, на образовавшейся грани выступят те или иные сочетания атомов и связей между ними. Учёные давно выяснили, что каждая грань обладает своей дырочной и электронной проводимостью. Пока транзисторы были большими, это можно было не принимать во внимание. Однако при переходе к 2-нм транзисторам и компонентам меньшего размера ориентация кристаллов кремния уже заметно влияет на их производительность. 
Индексы Миллера. Источник изображения: Википедия Традиционно в индустрии производства полупроводников кремниевую подложку нарезали в плоскости 001 так называемого индекса Миллера. В этой плоскости электронная проводимость наиболее высокая и она оказывает наибольшее влияние на производительность чипа. Дырочная проводимость существенно меньше, но до сих пор это было не критично. В случае создания транзистора из кремния на срезе 110 дырочная проводимость резко возрастает, а электронная немного снижается. В сумме эффект получается положительным и это будет иметь значение для производительности будущих транзисторов. 
Расположение атомов в ячейке кристаллической решётки кремния В принципе, транзисторы с вертикально расположенными затворами — FinFET, которые давно выпускаются и стали привычными, располагают каналами именно в срезе 110. Другое дело — будущие транзисторы с круговым затвором и наностраничными каналами — GAA. Наностраничные каналы будут располагаться параллельно плоскости традиционного среза кремния и лишатся выигрыша в виде ускоренной дырочной проводимости. Исследовательская группа IBM создала целый ряд вариаций пар GAA-транзисторов на кремнии с обеими ориентациями срезов. Транзисторы были с разным количеством каналов, с разными сечениями и с каналами разной длины. Во всех случаях транзисторы с ориентацией кремния 110 превзошли своих собратьев из кремния по срезу 001. Для более толстых каналов разница была меньше, но всё равно оставалась. Также транзисторы с электронной проводимостью (nFET) оказались чуть медленнее на срезе 110, чем на 001. Но заметно возросшая производительность транзисторов pFET (с дырочной проводимостью) на кристалле со срезом 110 это компенсировала. 
Представление пары вертикально расположенных друг над другом комплементарных транзисторов. Источник изображения: Intel Также в компании IBM собираются найти способ уменьшить негативное влияние альтернативной ориентации на электронную проводимость. Кроме того, учёные изучат использование кремния с ориентацией 110 в транзисторах с 3D-наноструктурой, называемых комплементарными полевыми транзисторами (CFET). В этой архитектуре элементы nFET обычно размещаются поверх pFET, чтобы не увеличивать размеры чипов. Ожидается, что такие многоуровневые устройства появятся в течение 10 лет, и все три производителя микросхем с передовой логикой уже представили прототипы CFET в прошлом месяце на конференции IEDM 2023. В таком случае транзисторы pFET могут изготавливаться из кремния 110, а nFET — из кремния 001. В любом случае, это не решение завтрашнего дня. Вряд ли производители изменят ориентацию порезки кристаллов кремния до 2030 года. У них есть в запасе технологии, повышающие производительность чипов менее экзотическими способами. В США создали транзистор для управления теплом — он поможет с терморегуляцией в микросхемах
09.11.2023 [15:22],
Геннадий Детинич
Исследователи из Калифорнийского университета разработали первый в мире полевой транзистор, который управляет не электрическим током, а передачей тепла. Скорость переключения уникального прибора достигает 1 МГц. Он может быстро, дозировано и даже с увеличением мощности передавать тепло по цепи, что открывает целый спектр новых приложений для терморегуляции в электронике и не только. 
Источник изображения: H-Lab/UCLA Обычному полевому транзистору в этом году исполнится 76 лет (это произойдёт 16 декабря). Эти приборы управляют проводимостью полупроводникового канала с помощью электромагнитного поля, дозируя прохождение потока электронов от истока к стоку. Термотранзистор работает по тому же принципу, но только с помощью электромагнитного поля он регулирует теплопроводность канала. По словам учёных, прототип показал способность быстро и точно переключать теплопроводность канала, управляя тепловым сопротивлением на границе раздела нескольких материалов в канале. Прибор показал способность менять тепловое сопротивление до 1300 %. Иначе говоря, он может не только включать и выключать тепловой поток от источника, но также значительно его усиливать. Предложенные термотранзисторы полностью твердотельные, что позволит выпускать их в одном технологическом процессе с обычными микросхемами. В составе чипов они будут с предельной точностью и скоростью регулировать тепловой отвод от нужных участков кристалла, тогда как обычные средства отвода тепла обладают большой инерцией и плохо поддаются регулировке. Наконец, те фундаментальные основы физики, которые помогли разработать термотранзистор, послужат толчком к пониманию механизмов переноса тепла живыми клетками и, в итоге, дадут возможность учёным разобраться с терморегуляцией тела человека, процессы которой науке до конца ещё не ясны. Создан гибридный транзистор на основе шёлка — перспективное сочетание кремния и биотеха
17.10.2023 [10:09],
Геннадий Детинич
Учёные из Университета Тафтса (США) представили прототип гибридного транзистора на основе шёлка. Биологический материал включили в стандартный техпроцесс производства чипов, что обещает сделать его использование массовым. Сочетание кремния и биотехнологий позволяет гибридным электронным цепям реагировать одновременно на электрические и биологические сигналы, открывая путь к датчикам здоровья и нейропроцессорам. 
Источник изображения: Tufts University / Silklab Исследователи давно ищут мостик между живым и неживым, который позволит создавать нейроинтерфейсы между электронными устройствами и живыми организмами. Перспективы подобных решений невозможно переоценить. Нейросети, подобные мозгу процессоры, датчики биологических процессов в организме людей — это многое изменит в жизни людей. Произойдёт это не завтра и не послезавтра, но рано или поздно мир станет совершенно иным. Подтолкнут ли к этим изменениям только что представленные гибридные транзисторы, или они канут в небытие, мы пока не знаем. Но на данном этапе разработка демонстрирует ряд интересных свойств, например, способность вписаться в современные техпроцессы выпуска микросхем. Предложенный учёными гибридный процессор в качестве изолятора (очевидно, затвора) использует материал на основе белка фиброина, входящего в состав шёлковых нитей и, например, паутины. Этот белок показал хорошую восприимчивость в процессе регулировки его ионной проводимости электронными импульсами и биомаркерами. По сути, мы имеем дело с чем-то сильно напоминающим, как работает ячейка памяти ReRAM: насыщение ионами рабочего слоя меняет там сопротивление. Тем самым гибридный транзистор на основе шёлка вполне перекрывает область применения резистивной памяти или мемристора, как назвала его компания HP, и даже выходит за его пределы, поскольку заходит в сферу биологии. На основе предложенного решения исследователи создали датчик дыхания, чутко реагирующий на влажность. Здоровье человека — это та сфера, которая может стать благодатной почвой для множества перспективных начинаний, и «транзистор из шёлка» вполне может стать одним из них. В Китае разработали технологию, которая приведёт к 1-нм чипам — 300-мм пластины научились покрывать атомарно тонкими плёнками
29.08.2023 [09:52],
Геннадий Детинич
Китайские учёные сообщили о создании технологии массового производства подложек с атомарно тонкими полупроводниковыми слоями. Новая технология масштабируется до производства 12-дюймовых (300-мм) подложек — самых массовых, продуктивных и наибольших по диаметру пластин для производства чипов. С такими пластинами транзисторы с затвором размером 1 нм и меньше станут реальностью, что продлит действие закона Мура и выведет электронику на новый уровень. 
Источник изображения: Pixabay Современные технологии наращивания слоёв на подложках работают по принципу осаждения материала из точки распыления на поверхность. Для нанесения плёнок толщиной в один атом или около того на крупные пластины эта технология не предназначена. С её помощью можно инициировать рост равномерной по толщине плёнки только на небольшие пластины — примерно до 2 дюймов в диаметре. Для пластин большего диаметра и, тем более, для 300-мм подложек этот метод не годится. В интервью изданию South China Morning Post профессор Пекинского университета Лю Кайхуи (Liu Kaihui) сообщил, что его группа разработала технологию производства атомарно тонких слоёв на любых подложках вплоть до 300-мм. В основе технологии лежит контактный метод выращивания плёнки с поверхности на поверхность. Активный материал входит в контакт с подложкой сразу по всей её поверхности, давая старт для роста плёнки равномерно во всех её точках. В зависимости от типа активного материала могут быть выращены плёнки нужного состава и даже множество плёнок друг на друге, если это потребуется. Кроме того, учёные разработали проект установки для выращивания атомарно тонких плёнок в массовых объёмах. Согласно расчётам, одна такая установка может выпускать до 10 тыс. 300-мм подложек в год. Эта же технология подходит для покрытия подложек графеном, что позволит, наконец, внедрить этот интересный материал в массовое производство чипов. Следует сказать, что учёные заглянули далеко вперёд. Сегодня 2D-материалы (толщиной в 1 атом) только исследуются на предмет использования в структурах 2D-транзисторов и в других качествах. До массового производства подобных решений ещё очень далеко, и предстоит провести много научной работы, пока она не воплотится в серийной продукции. Но это важнейшее направление, которое позволит совершить прорыв в производстве электроники и китайские производители внимательно следят за успехами своих учёных. |
© 1997—2025 Электронное периодическое издание "3ДНьюс" | Свидетельство о регистрации СМИ Эл ФС 77-22224
выдано Федеральной Службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
