Эра микроэлектроники нового поколения стала ближе еще на один шаг.
Новый метод получения на кремнии мощных источников фотонов разработали российские физики. С практической точки зрения эта разработка позволит переориентировать работу чипов с тока на фотоны, скорость функционирования таких схем станет равна «световой» при абсолютно минимальном разогреве чипов.
Кремний и его доработка
Основной материал для производства чипов и полупроводников- кремний. Он достаточно неохотно поглощает и испускает фотоны.
В современных изделиях плотность компоновки элементов в кристалле настолько большая, что выделяемое тепло при прохождении тока во время работы чипов уже довольно серьезно мешает приросту производительности микросхем, а также провоцирует кучу других сопутствующих проблем.
Переход на передачу потока данных с помощью фотонов способен в корне решить эту проблему. Правда, приемлемых технологичных решений в этом направлении до сих пор никто не предлагал.
Удачный эксперимент ученых
Ученые внедрили в кремниевую структуру германиевые наноточки, им удалось создать специальный фотонный кристалл прямо на поверхности кремния.
Идея состояла в том, что фотонный кристалл сформирует резонатор возле наноточки и выступит многократным усилителем потока фотонов излучаемых этой самой точкой, и этого вполне должно хватить для функционирования электронных схем.
Идея взаимосвязанных состояний в континууме была взята из квантовой механики.
Удержание фотонов в области резонатора возможно за счет несовпадения симметрии электромагнитного поля в самом резонаторе с симметрией электромагнитных волн внешнего пространства.
В эксперименте ученые добились усиления интенсивности свечения практически в сто раз, а это приоткрывает один из возможных путей движения к CMOS совместимым оптоэлектронным схемам.
Результатами эксперимента ученые поделились на страницах портала Laser and Photonics Reviews.
В продолжении темы.
Замена кремнию.
Anker представила крошечный блок питания. Малый размер устройства обусловлен компонентом, который был использован вместо кремния, а именно – нитридом галлия (GaN). Этому материалу пророчат будущее, в котором он превзойдет кремний и сократит потребление энергии во всем мире.
Дан Цин Ван, доктор наук из Гарварда:
В течение многих десятилетий кремний был основой технологической индустрии, но мы достигли теоретического предела того, насколько его можно улучшить.
Мартин Кубалл, физик из Бристольского университета
У всех материалов есть так называемая «запретная зона» – прямое следствие того, насколько хорошо они могут проводить электричество. У нитрида галлия она больше, чем у кремния, а значит он сможет выдерживать более высокое напряжение и ток сможет проходить через устройство с большей скоростью. До недавнего времени карбид кремния оставался безальтернативным вариантом для высоко– вольтных (свыше 600 В) мощных приборов, где необходимы высокие эф– фективность, мощность, быстродействие и температура эксплуатации. однако в связи с решением технических проблем получения более деше– вых гетероструктур GaN-Si большого диаметра и толщины нитрид галлия не только вытесняет кремниевые приборы, но и становится альтернативой SiC в высоковольтных мощных приложениях. Универсальность примене– ния GaN в мощных полупроводниках, ИС, светодиодах делает его наиболее перспективным среди новых материалов микроэлектроники.
В результате, GaN намного эффективнее своих кремниевых аналогов, что также позволяет сократить и размеры устройств на его основе. С его помощью можно не только уменьшить зарядные устройства, но и заставить систему потреблять меньше энергии. Замена всей современной электроники на GaN может потенциально снизить энергопотребление на 10 или 25 процентов.
Нитрид галлия лучше выдерживает высокие температуры, что позволяет использовать его в весьма агрессивной среде.
Мартин Кубалл, физик из Бристольского университета
В современных автомобилях все электронные компоненты установлены далеко от двигателя, чтобы не перегреваться, но и это можно исправить.
Этот материал уже давно доминирует в другой области производства – в фотонике. В частности, именно нитрид галлия служит источником того самого «синего света», который используется для чтения Blu-ray дисков. Крошечные лазеры толщиной в микрон (1/100 толщины человеческого волоса) уже сейчас могут использованы для создания нового поколения микроскопов.
Так почему же нельзя просто заменить кремний на GaN? Ответ прост – колоссальная индустрия, десятилетие производящая технологии на кремниевой основе. Такой глобальный переход не возможен в кратчайшие сроки. Кроме того, новый материал постоянно приходится тестировать на надежность. Ван отмечает, что у нитрида галлия есть и свои слабые места, и стоит исследовать их все, прежде чем запускать массовое производство носителей на нитридной основе.
Сейчас многие стартапы работают над развитием этой технологии, у человечества есть шансы выйти из кремниевой эры и войти в эру нитрида галлия.
Жидкий кремний: новая перспектива микроэлектроники.
Технология получения «жидкого» (аморфного) кремния, разработанная японскими учеными, позволят использовать для создания электронных схем струйные принтеры, что откроет перспективу как появления принципиально новых классов продуктов, так и удешевления уже существующих.
Кремний - один из наиболее распространенных на Земле химических элементов, из которого на одну треть состоит земная кора. Однако, использование кремния в микроэлектронике сопряжено с рядом трудностей, ведущих к удорожанию конечного продукта. Сверхчистый кремний дорог, к тому же значительная его часть теряется на различных стадиях производства микросхем. Альтернативу существующим технологиям пока найти не удалось.
Специалисты сконцентрировались на поиске и создании материалов, способных заменить кремний. Вместо поиска заменителя кремнию Тацуа Шимода (Tatsuya Shimoda) предложил создать новую форму кремния, используя для этого процесс химического растворения, переводящий твердое вещество в раствор.
Было выдвинуто предположение, что в жидкой форме кремний можно использовать наподобие чернил. Данный метод должен был позволить значительно снизить расход вещества и использовать лишь его необходимое количество при производстве транзисторов.
Большинство ученых посчитали данную идею бессмысленной, полагая, что создание раствора загрязнит кремний и сделает его непригодным к использованию. Даже в случае успешного исхода возникают дополнительные трудности в реализации процесса изготовления транзисторов.
Однако специалисты в области химии поддержали идею. Проведя ряд экспериментов, совместная группа остановилась на комбинированной форме кремния и водорода, известной как циклопентазилин (cyclopentasilane), состоящей из пяти атомов кремния и 10 атомов водорода. Однако первые попытки использовать циклопентазин для создания кремниевого слоя оказались неудачными.
Масахиро Фурусава (Masahiro Furusawa).
Несмотря на то, что при комнатной температуре данная смесь находится в жидком состоянии, и, таким образом, идеально подходит для решения поставленной задачи, при нагреве она испаряется еще до того, как образуется кремниевая пленка, не оставляя на подложке ничего вообще.
По материалу http://новости.ru-an.info/новости/замена-кремнию-нитрид-галлия-врата-в-новую-эру-микроэлектроники/
Мир науки продолжает поиски решений для создания новой эры микроэлектроники.
