211service.com
Kromě křemíku
Minulý týden na půlročním Intel Developer Forum v San Franciscu oznámil výrobce čipů Intel tranzistor vyrobený z materiálu zvaného indium antimonide (InSb), který měl některé působivé statistiky: byl taktován na 1,5násobek rychlosti tranzistorů na bázi křemíku a využíval desetinu výkonu.
Podle ředitele technologické strategie Intelu Paola Garginiho, který výsledky prezentoval, může být posun od křemíku pro průmysl výroby čipů zásadní, aby mohl v příštích několika desetiletích vyrábět menší zařízení. S tím, jak se tranzistory vyrobené z křemíku neustále zmenšují, jsou materiálová omezení stále zjevnější. Křemík není nejlepší polovodič, říká Gargini.
Ale samozřejmě křemík je jak vysoce rozšířený, tak relativně levný a jeho výrobní proces se zdokonaluje již 30 let. To, co dělá takzvané složené polovodiče – vyrobené z více než jednoho prvku, jako je indium antimonid – tak atraktivní, jsou jejich speciální elektrické a optické vlastnosti.
Elektrony mohou procházet krystalem antimonidu india 50krát rychleji než krystalem křemíku, říká Gargini. Díky tomu jsou elektronické operace nejen výrazně rychlejší, ale k tlačení elektronů je potřeba méně energie.
Složené polovodiče mají také optické vlastnosti, které by mohly pomoci urychlit komunikaci mezi tranzistory na čipu a více čipy v zařízení. Tyto materiály snadno vyzařují a detekují světlo – vlastnost, která byla studována a zdokonalována po celá desetiletí, říká David Hodges , elektrotechnik na University of California, Berkeley. Proto říká, že světelné zářiče a detektory vyrobené ze složených materiálů by mohly potenciálně nahradit měděné dráty, které jsou hlavní překážkou rychlosti.
Složené materiály však mají také své nevýhody. V současné době se na křemíkových destičkách, které mohou mít průměr až 12 palců, najednou vyrábějí stovky miliard tranzistorů. Krystaly složených materiálů, jako je indium antimonid (InSb), arsenid galia (GaAs), arsenid india (InAs) a arsenid indium galium (InGaAs), však mají tendenci se snadno rozpadat, a proto je nelze přeměnit na takové velké oplatky, říká Gargini. To znamená, že složené materiály by nikdy nemohly zcela nahradit křemík jako základ plátku pro elektrická zařízení, říká.
Místo toho musí být na velkoprůměrový křemíkový substrát naneseny ostrůvky tranzistorů InSb. Ale ukládání indium antimonidových tranzistorů na křemík představuje další výzvu. Atomy v krystalu křemíku jsou od sebe vzdáleny 0,543 nanometrů, zatímco atomy v antimonidu india jsou od sebe vzdáleny 0,648 nanometrů. Kvůli tomuto nesouladu, když jsou dva materiály umístěny vedle sebe, ne všechny atomy na rozhraní se spojí, což má za následek neúčinná zařízení.
Způsob, jak to překonat, vysvětluje Gargini, je přidat tenké vrstvy pufrovacích materiálů na křemík, které mají atomovou vzdálenost podobnou tomu, a pak postupně upravovat chemické složení nárazníkových vrstev, dokud nebudou mít rozestup atomů podobný jako u india. antimonid. Nalezení ideálních chemických poměrů pro poskytnutí nejlepších vyrovnávacích vrstev bude jednou z hlavních výzev při integraci antimonidu india na stávající křemíkové platformě Intel, říká.
Kromě nalezení nejlepší vyrovnávací paměti pro ostrovy InSb na křemíkové destičce, podle Ježíš del Alamo , elektroinženýr z MIT, který se specializuje na mikroelektroniku, musí inženýři vzít v úvahu také izolační vrstvu, hradlové dielektrikum, na vrcholu tranzistoru, což je klíčové pro elektrické operace zařízení. V současné době křemíkové tranzistory používají jako hradlové dielektrikum vrstvu oxidu křemičitého. U složených polovodičů však oxid křemičitý nefunguje jako izolační materiál, říká del Alamo. Kvalita rozhraní mezi složenými polovodiči a oxidem křemičitým není dostatečně dobrá a dielektrická konstanta oxidu křemičitého je příliš malá. Proto bude potřeba vyvinout zcela novou třídu vysoce kvalitních hradlových dielektrik. To bude podle něj obrovská výzva.
Del Alamo však stále věří, že takové překážky budou překonány, až pole dospěje. Jsem velmi optimistický, že s těmito objevy přijdeme, říká.
Gargini od Intelu očekává, že technologie, kterou Intel začal zkoumat zhruba před třemi lety, se posune směrem k výrobě zhruba za další desetiletí. Zdůrazňuje také, že složené polovodiče jsou pouze jednou z mnoha možností budoucích mikroprocesorů. Ve skutečnosti má Intel v práci mnoho nápadů, od extrémní ultrafialové litografie, jak zmenšit křemíkové tranzistory, až po vývoj křemíkových laserů, modulátorů a detektorů, ve kterých by mohly být k přenosu dat v rámci čipu použity paprsky světla místo měděných drátů. (viz Průlom od Intelu ). Zítra neočekávejte [složené polovodiče] v produktu, říká Gargini. Ale je to v plánu.
Obrázek domovské stránky s laskavým svolením Jesus del Alamo, elektrotechnik, oddělení elektrotechniky a informatiky, MIT. Titulek: Čip s tranzistory a testovací struktury vyrobené ze sloučeniny polovodičového arsenidu india galia (InGaAs). Čip se používá k diagnostice operací zařízení.