Бытовая техника и электроника - Гавайский эко-клуб красоты. Гавайский массаж Ломи-Ломи Нуи.

Бытовая техника и электроника

Электроника для «чайников». Преодоление предела умножения транзисторов по Муру

Большинство современных интегральных схем (микросхем, кристаллов, чипов и вообще электроника) строится по логике CMOS (рус. КМОП — комплементарная структура металл-оксид-полупроводник), где каждый логический элемент состоит из пары взаимодополняющих полевых транзисторов. Транзистор – ключевой радиоэлектронный компонент, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи, переключаясь между двумя состояниями: «малый сигнал — большой сигнал» или «закрытое состояние — открытое состояние». Его рабочее тело — поток носителей заряда.

В основе создания микросхем лежит элементная (технологическая) интеграция, производимая по разработанной электрической схеме.

Подчиняется технология следующей закономерности: по мере усложнения функционала электронного устройства неизбежно растёт количество элементов и межэлементных соединений схемы.

Активные и пассивные элементы наносятся в определённых координатах кристалла (подложки) посредством легирования различными примесями. Обычно этому предшествует несколько этапов, включая фотолитографию (обработку подложки ультрафиолетом по «трафарету», определяющему будущую топологию схемы). От длины волны света или волн иной природы (т.е. от разрешающей способности методов литографии) зависит и «размерность» технологического процесса, выражаемая в микрометрах (10-6м) или нанометрах (10-9м). «Размерность» технологического процесса определяет размер транзисторов и степень интеграции элементов на полупроводниковом кристалле из кремния (редко – из германия или сапфира). Современные интегральные схемы могут нести сотни миллионов транзисторов в одном кристалле (многоядерные процессоры — и миллиарды), причём размер индивидуальных компонентов составляет всего десятки нанометров.

Микросхема VIA VL810 — контроллер концентратора USB, КМОП-техпроцесс 80 нм.

Изменение числа элементов интегральной схемы в XX веке происходило по скорректированному жизнью закону Мура (Гордона Мура из Intel), т.е. количество транзисторов удваивалось примерно каждые 24 месяца. Вместе с тем росло и потребление энергии для перемещения электронов в высокоскоростных устройствах, и расходы на «чистое» производство, усугублялись проблемы теплоотвода и топологии. К тому же, все тела состоят из атомов, межатомное расстояние – 0,3 нм, значит, миниатюризация не может быть бесконечной. По сути, в последние годы микроэлектроника уже перетекла в наноэлектронику. И сейчас человечество как раз стоит на так называемом размерном пороге, когда дальнейшее уменьшение кремниевых компонентов ограничивается рядом препятствий: возможностями литографии, неравномерным распределением примесей в микрокластерах полупроводника, проявлением квантовых свойств электрона.

Дальнейшее уменьшение кремниевых компонентов ограничивается рядом препятствий: возможностями литографии, неравномерным распределением примесей в микрокластерах полупроводника, проявлением квантовых свойств электрона.

Изменение физических свойств полупроводника при уменьшении его размера до нескольких нанометров приводит к нарушению работы традиционных транзисторов, использующих закономерности поведения электрона как частицы, а не волны. Но именно волновые, квантовые, закономерности выходят на первый план в нанометровом масштабе.

Профессор МФТИ, руководитель лаборатории низкоразмерных структур атомного масштаба ИРЭ им. Котельникова Сергей Зайцев-Зотов увлекательно рассказал о собственных экспериментах с размерными эффектами в проводах. Он напомнил, что при традиционных размерах транзисторов и проводов всё происходит по обычному трёхмерному сценарию: проводимость описывается законом Ома, индивидуальный электрон с одного электрода достигает другого независимо от «собратьев», примесь немного меняет сопротивление и т.д. Но при уменьшении размеров провода ещё задолго до атомного уровня вся физика меняется радикально.

Ещё до развития наноконструирования учёные экспериментировали с подручными объектами: провода из антимонида индия (InSb) диаметром 5 нм получали путём залития этим полупроводником трубочек асбеста. Оказалось, что в наноразмерном проводе не соблюдался закон Ома — вольт-амперная характеристика из линейной превращалась в степеннýю, проводимость менялась в миллион раз, реакция на примеси тоже была степеннóй. Дело в том, что при «запирании» электрона в пространстве всего в несколько нанометров (в двух направлениях из трёх) его поперечное движение начинает квантоваться (энергия может принимать лишь дискретные значения), расстояние между квантовыми уровнями растёт по мере уменьшения поперечных размеров нанопровода. Между 2-мя контактами возникает квантование проводимости – формируется несколько каналов с разной величиной проводимости. В тонких нанопроволоках электрон не может достичь второго контакта, минуя другие электроны — он их проталкивает перед собой, при этом между частицами возникает сильное кулоновское взаимодействие, разделяется перенос спина и заряда. А это уже совершенно иной механизм проводимости, отличный от наблюдаемого в обычных электронных материалах.

Резерва миниатюризации на несколько десятилетий ещё хватит. Сейчас технологический процесс позволяет производить элементы размером 22 и даже 14 нм, наверняка будет преодолён рубеж в 12 нм, а дальше физики расходятся во мнениях. Однако на висящий в ноосфере вопрос «Есть ли кремниевая жизнь за пределами 12 нм?» крупнейшие производители электроники намерены ответить делом, создав транзистор размером 7 нм

Прогноз развития микроэлектроники (из презентаций Московского суперкомпьютерного форума, 2013 год).

А вот отсутствие дальнейшего прогресса может привести к неприятным последствиям – «уходу» денег из этой области. К тому же, при всех достоинствах, кремниевая интегральная электроника не очень хорошо работает в экстремальных условиях, например, космических. Пришло понимание того, что в отдалённой перспективе она не сможет полностью удовлетворять потребности человечества.


http://ruli-vezi.ru/category/frantsuzskie-i-italyanskie-avtomobili/

Login

+7 (903) 545 49 80

Новости. Подарки. Скидки

Индийская неделя. Поющие Тибетские чаши

Женский семинар Гавайского танца!!!