Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Понедельник, 27 января
 
 

Это интересно!

Новости

Приглашение к участию в ежегоднике «Живая Электроника России» 2020


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

Новые возможности и новые рынки для российского производителя радиоэлектроники

В статье рассматриваются качественные и количественные изменения на отечественном рынке разработки и производства радиоэлектроники. Обсуждаются возможные модели деятельности отечественных электронных компаний, а также пути повышения их конкурентоспособности в новых экономических условиях.

Обзор рынка электроники

В обзоре мирового рынка электроники, подготовленном на основе аналитических материалов зарубежных исследовательских компаний и производителей электронных компонентов, представлена оценка текущего состояния рынка, описаны основные экономические и технологические тенденции. Обзор российского рынка основан на результатах маркетинговых исследований «ИД Электроника».

Интеллектуальные автоматы установки компонентов поверхностного монтажа

 

13 апреля

Тенденции развития электронных технологий. Ближайшие перспективы

В статье рассказывается о перспективных инновационных технологиях, которые смогут обеспечить прорыв в электронной отрасли в ближайшие годы и обеспечить конкурентные преимущества в пос­лекризисное время.



Может показаться, что в условиях глобального экономического кризиса деятельность компаний электронной промышленности, использующих в своих разработках передовые технические и технологические решения, направлена в первую очередь на решение сиюминутных проблем, не требующих существенных вложений ресурсов. Это отчасти верно. Тем не менее кризис рано или поздно закончится. По разным оценкам экономика наиболее развитых стран начнет выходить из рецессии в конце 2009 — начале 2010 гг. Следовательно, у передовых производителей электроники есть определенное время, чтобы выбрать те направления своей инновационной деятельности, которые позволят сделать качественный рывок в разработках. Те фирмы, которые правильно определят эти приоритетные направления, получат преимущества и смогут завоевать лидирующие позиции на посткризисном рынке. В условиях снижения финансирования исследований и разработок для инновационных компаний особенно важно объединение ресурсов и их гибкая концентрация на ключевых направлениях. Создание новых технологий, их развитие и реализация в конечных продуктах — процесс непрерывный и закономерный. Однако каждая из новых разработок имеет свои особенности и определенный потенциал развития. Можно ли заранее оценить перспективность той или иной технологии?
Специалисты агентства Gartner создали модель графического представления о развитии новых технологий, которая получила название Hype Cycle (см. рис. 1) [1].

Рис. 1. Графическое представление модели Hype Cycle

Согласно этой концепции, каждая новая технология в процессе своего развития проходит пять этапов.
I. Рост надежд (On the Rise/Technology Trigger) — стадия быстрого развития новых технологий, обладающих, по мнению аналитиков и разработчиков, наиболее высоким потенциалом. Их ценность велика и, как правило, не вызывает сомнений, но они являются еще недостаточно зрелыми для привлечения крупных инвестиций.
II. Пик завышенных ожиданий (At the Peak/Peak of Inflated Expectations) — на этой стадии преимущества новой технологии широко рекламируются с тем, чтобы привлечь внимание общественности, потенциальных инвесторов и производителей. Зачастую такие информационные кампании не обходятся без явных спекуляций: аналитики пишут отчеты о перспективах, умалчивая при этом об уже известных недостатках. Инвестиции на данном этапе рискованны, т.к. потенциал технологии может быть сильно переоценен.
III. Впадина разочарований (Sliding Into the Trough/Trough of Disillusionment) — после относительно недолгого периода интенсивной рекламы новое решение либо утрачивает свои позиции, либо занимает свое место на рынке. На этой стадии формируется негативное отношение к технологии, которая, с одной стороны, уже утратила статус новинки, а с другой — еще не продемонстрировала инвесторам и потенциальным пользователям свои преимущества по сравнению с существующими решениями. Выявляется ряд существенных недостатков, которые отпугивают заинтересованных производителей. Однако этот этап может оказаться наиболее привлекательным для инвесторов, т.к. перспективы применения данной технологии постепенно проясняются, а объем инвестируемых средств может быть не очень велик.
IV. Восстановление устойчивости (Climbing the Slope/Slope of Enlightenment) — начинается новая стадия исследований, в ходе которой разработчики устраняют выявленные недостатки, а также оптимизируют технологический процесс с учетом требований серийного производства. Начинается внедрение технологии в коммерческих продуктах. По мере роста количества пользователей и примеров успешной реализации данного решения наступает признание — сначала среди специалистов, а затем и в широких кругах общественности.
V. Плато эффективного производства (Entering the Plateau/Plateau of Productivity) — на этой стадии технология выходит на уровень промышленного производства, становится прибыльной и широко применяемой.
Следует отметить, что развитие технологий по описанной модели в разные периоды времени происходит с различной скоростью. Иногда могут наблюдаться перескоки через очередные этапы или повторение пройденных этапов. Бывает, что решения, которые когда-то вызывали разочарование, вновь обретают популярность. Конечно, нынешняя ситуация спада в экономике вносит свои коррективы, и следование данной модели может нарушаться. Тем не менее можно выделить несколько перспективных направлений развития электроники, которые могут оказать решающее влияние на состояние отрасли.

45-нм техпроцесс освоен. Что дальше?

Усилия ведущих мировых производителей полупроводников по достижению минимально возможных технологических размеров элементов привели к освоению производства кристаллов с 45-нм топологическими нормами. Однако все большее усложнение систем на кристалле, совершенствование их архитектуры и возрастающие требования к снижению потребляемой мощности стимулируют переход на проектные нормы 32 нм и менее, что влечет за собой разработку и внедрение совершенно новых технологических приемов.
На конференции International Electron Devices Meeting (IEDM), прошедшей в декабре 2008 г., многие представленные разработки были посвящены переходу на 22-нм техпроцесс. При этом специалисты отмечают, что если разработка технологии и переход на производство с минимальными размерами 32 нм не должны вызывать принципиальных трудностей, то создание 22-нм процессов — это уже вызов. Как известно, классический подход к оптической литографии с уменьшением уровня детализации изготовляемых масок для электронных схем сталкивается с фундаментальными физическими ограничениями.
Компания IBM совместно с Mentor Graphics, пытаясь ответить на этот вызов и опередить главного конкурента — корпорацию Intel, объявила осенью 2008 г. о разработке первого в индустрии вычислительного процесса для создания фотошаблонов для производства микропроцессоров по 22-нм технологии. Метод, который получил название «вычислительное масштабирование» (computational scaling), позволяет преодолеть технологические барьеры, используя вычислительные методы увеличения разрешения, предиктивное моделирование процесса, расчет режимов экспонирования и т.д. Эти методы требуют применения сложных программных алгоритмов и высокопроизводительных компьютерных систем. Метод оптимизации фотошаблонов (source-mask optimization) позволяет одновременно оптимизировать как топологию шаблона, так и процесс экспонирования.
Эта программа связана со стратегией IBM в области «облачных» вычислений (Cloud Computing), в рамках которой запущены соответсвующие веб-службы. Кроме того, в условиях экономического спада компания IBM рассчитывает обойти конкурентов за счет концентрации своих ресурсов именно на разработке 22-нм техпроцесса, минуя промежуточный этап в 32 нм. В конце 2008 г. Cadence и Tessera Technologies также объявили о начале совместной работы в области вычислительной литографии (computational lithography) для 22-нм процесса. Аналитики отмечают, что при переходе на производственные нормы 32 нм и ниже становится неизбежным внедрение строгих правил проектирования (restrictive design rules — RDR), т.к. нестабильность размеров, связанная с применением двойных шаблонов, исключает разработку произвольной топологии.
Что касается корпорации Intel, то планы компании по переходу на технологические нормы 32 и 22 нм выглядят следующим образом. В 32-нм технологии Intel будут использоваться диэлектрики high-k и транзисторы с металлическими затворами второго поколения. Эти транзисторы отличаются более высоким быстродействием и имеют малый ток утечки. Эта передовая технология станет основой новой микроархитектуры Westmere, 32-нм версии микроархитектуры Intel® под кодовым наименованием Nehalem. Планируется выпуск продукции с микроархитектурой Westmere для следующих сегментов: мобильные, настольные системы и серверы. Intel стала первой компанией, которая продемонстрировала полностью функцио­нирующие 32-нм процессоры. В соответствии с планом корпорации по созданию инновационной продукции (эта модель развития получила название «тик-так») каждые 2 года попеременно внедряются новые поколения передовых производственных технологий, и разрабатывается новая микроархитектура процессоров. В корпорации Intel полным ходом идет и разработка новой 22-нм технологии. Выход процессоров, изготовленных по 22-нм технологии, запланирован на 2011 г. В 2010 г. Intel представит новую архитектуру, уже обозначенную как Sandy Bridge.
Еще большая степень интреграции СБИС позволит создавать дешевые многофункциональные системы на кристалле с чрезвычайно низким энергопотреблением. Технологии такого уровня предоставят конечному потребителю новые возможности, реализуемые с помощью портативных и мобильных устройств. Многие аналитики, тем не менее, утверждают, что, по всей видимости, 22-нм технология будет последней планарной кремниевой технологией. На таком уровне разрешения разработка и внедрение техпроцессов требуют огромных затрат, что вряд ли оправдано.

3D-интеграция: опережая закон Мура

Одним из возможных путей преодоления ограничений планарной технологии могут стать трехмерные структуры. 3D-технология позволяет достичь чрезвычайно высокой степени интеграции, что приведет к созданию новой архитектуры СБИС. На конференции Design Automation Conference в 2008 г. обсуждались преимущества и проблемы 3D-интеграции. Как отметил Джон Дэррингер (John Darringer), менеджер исследовательского центра компании IBM T.J. Watson Research Center, идея создания многослойной структуры привлекательна и вызывает большой интерес, однако остается еще много нерешенных вопросов [2]. Одной из проблем являются переходные отверстия через кремний (through-silicon vias — TSV), ведь чрезвычайно трудно рассчитать, в каком месте они должны быть сформированы и как они будут влиять на систему питания и температурный режим. Другой проблемой является разработка архитектуры многослойной структуры СБИС. Инструменты разработки, которые могли бы помочь в решении этих проблем, в настоящее время отсутствуют.
Другие вопросы связаны с методами соединения слоев, количеством кристаллов в структуре, тепловыми условиями в многослойной структуре, методами тестирования и т.д. Развитие этого направления требует совмещения технологических решений на уровне кристалла, корпуса и системы в целом для того, чтобы минимизировать влияние помех.
Тем не менее на Международной конференции по твердотельным схемам IEEE (IEEE International Solid-State Circuits Conference — ISSCC), прошедшей в феврале 2009 г. в Сан-Франциско, многие компании впервые представили разработки в области 3D-интеграции, которые демонстрировали высокую степень готовности к внедрению на рынке. 3D-интеграция является необходимым решением, когда микропроцессоры становятся более быстродействующими, чем память. Соответственно, новым ограничением скорости работы микропроцессора становится не скорость переключения транзисторов, а длительные паузы, которые нужны для ожидания команд и данных из памяти или записи в нее. Поэтому значительное число разработок, представленных на ISSCC, было посвящено исследованиям в области 3D-интеграции всех типов памяти — DRAM, SRAM и флэш-памяти NAND. Быстродействие этих видов памяти может быть увеличено за счет 3D-интеграции, ведь время распространения сигналов в такой структуре существенно уменьшается за счет применения TSV. Это также приводит к снижению потребяемой мощности, т.к. энергии на переключение коротких линий тратится значительно меньше, чем требуется для длинных.
Компания Infineon представила беспроводной монитор давления воздуха в шинах в интегрированном 3D-исполнении, который позволяет измерять давление, силу инерции и температуру (см. рис. 2).

Рис. 2. Структурная схема 3D-интегрированного датчика давления с вертикальным расположением чипов компании Infineon

Структура, состоящая из нескольких чипов, расположенных один над другим, содержит МЭМС, модуль источника питания, микроконтроллер и трансивер.
Токийский универститет и компания Toshiba совместно представили твердотельный накопитель (solid-state drive — SSD) в исполнении 3D, что позволяет решить основную проблему таких систем — снижение потребляемой мощности. В этом решении предлагаются установленные один над другим чипы флэш-памяти NAND, DRAM, контроллера NAND, а также низкопотребляющего генератора напряжения питания. Компания Toshiba выиграла также конкурентную гонку на рынке 3D СБИС, впервые организовав массовое производство кристаллов для обработки изображений с использованием технологии TSV. Структура, которая содержит датчик изображения и схемы обработки, позволила уменьшить площадь посадочного места на 36% и, как утверждают в компании, снизить общую стоимость устройства на 25%.
Компания Samsung описала 8-Гбит DDR3 DRAM на основе технологии TSV, которая, по сравнению с современными технологиями соединения кристаллов проволочными выводами, использования перевернутых кристаллов (flip-chip) и многокристальным корпусированием (MCP), обеспечит существенное увеличение быстродействия, снижения потребляемой мощности и увеличение степени интеграции. По мнению Уксонг Канга (Uksong Kang), главного инженера отделения памяти компании Samsung, стратегический план по выводу на рынок 3D-компо­нентов выглядит следующим образом:
• 2009 г. — КМОП-датчики изображения;
• 2010 г. — флэш-память высокой плотности, DRAM;
• 2014 г. — многоуровневые 3D-системы в корпусе;
• 2015 г. — 3D-логические кристаллы.

OLED-технология: от дисплеев до приборов освещения

В настоящее время ряд компаний выпускает OLED-экраны для мобильных устройств. OLED-телевизоры анонсировали лишь несколько производителей, в частности, Sony, Samsung, LG и Panasonic. Единственной компанией, серийно выпускающей OLED-телевизоры, является Sony. В настоящее время купить 11-дюймовый OLED-телевизор Sony XEL-1 могут жители Японии и США за 1,8 и 2,5 тыс. долл., соответственно. На выставке электроники CES-2009 компания Sony представила прототипы OLED-телевизоров с 21- и 27-дюймовым экраном.
Преимущества OLED-технологии перед LCD давно известны. В OLED-дисплее отсутсвуют лампы подсветки, поляризующие пленки и ряд других компонентов, обязательных для LCD-устройств. За счет более простой структуры OLED-дисплеи можно сделать чрезвычайно тонкими и легкими. Кроме того, они могут работать от меньшего (по сравнению с LCD) напряжения, характеризуются низким уровнем энергопотребления и выделяют незначительное количество тепла.
По качеству изображения OLED-технология также превосходит LCD, обеспечивая более высокие яркость и контрастность, а также очень большой эффективный угол обзора (до 180° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях) без заметных искажений цветопередачи. При этом OLED-дисплеи имеют цветовой охват на уровне хороших ЭЛТ-мониторов и обеспечивают значительно более точную цветопередачу, чем современные модели LCD-мониторов. Дополнительным преимуществом OLED-дисплеев является чрезвычайно малое время реакции пикселов (у существующих прототипов — порядка десятков мкс), которое практически не зависит от температуры.
Основным недостатком OLED является постепенная деградация органических светоизлучающих материалов в процессе работы — это проявляется в уменьшении их эффективности (падении яркости при заданном напряжении питания) и изменении спектральных характеристик. Поэтому наиболее актуальным в настоящее время является создание более долговечных излучающих материалов. Кроме того, производство OLED-дисплеев в настоящее время является весьма дорогостоящим.
Одно из наиболее значимых преимуществ органических светодиодов заключается в возможности их формирования на гибкой подложке, что позволяет создавать гибкие OLED-дисплеи. По мнению специалистов из агентства iSupply, к 2013 г. объем рынка гибких дисплеев достигнет 2,8 млрд. долл. Аналитики предсказывают, что около трети всех устройств на основе органических светодиодов будет базироваться именно на гибких пластиковых подложках.
Однако главным рынком сбыта OLED-продукции станет рынок осветительных приборов — уже сейчас, правда только в тестовых лабораториях, эффективность освещения при помощи органических светодиодов сравнялась с аналогичными показателями флуоресцентных ламп. Дальнейшие исследования обещают появление как более экономичных устройств, так и новых областей их применения. Крупнейшие мировые компании, такие как Siemens и Philips, вплотную занимаются разработками источников света, базирующихся на OLED. Сколь велико значение именно этого сектора рынка, иллюстрирует тот факт, что к 2015 г. около 90% всей OLED-продукции будет приходиться именно на осветительные приборы различного назначения. Преимущество белых OLED для целей общего освещения состоит в том, что они представляют собой идеально диффузный (ламбертовский) излучатель и не требуют дополнительных оптических элементов.
В центре внимания фирм, лабораторий научно-исследовательских институтов и университетов в Европе, США и Японии находится поиск экономически приемлемой технологии массового производства ОСД. Для более интенсивного проведения этой работы в последние пять лет были начаты несколько международных проектов.
Исследовательский проект CombOLED является частью 7-й программы развития инновационных технологий ЕС (FP7); он инициирован и поддерживается Еврокомиссией, а координируется компанией Osram. Руководитель отдела твердотельного освещения компании Osram Opto Semiconductors этого концерна Бернард Стапп (Bernhard Stapp) отметил, что цель CombOLED — создать реальные предпосылки для появления в секторе средств внутреннего освещения нового суперплоского энергоэкономичного и универсального источника света. Для этого необходимо как можно скорее разработать методы, технологически доступные для серийного производства крупноформатных и прозрачных светящихся панелей на полимерной основе.
Лаборатория исследований и новых разработок концерна General Electric продемонстрировала технологически приемлемый метод изготовления OLED. Эта фирменная технология GE позволяет заменить непростой технологический процесс вакуумного напыления механическими действиями, по сложности сравнимыми с печатью газет.
По прогнозам аналитиков, неорганические и органические светодиоды будут сосуществовать на рынке, т.к. занимают разные ниши: это точечное яркое освещение — для первых, и мягкое, равномерное освещение — для вторых. Мнения специалистов о скорости коммерциализации технологии OLED расходятся. По оценкам аналитика Лоуренса Гасмана (Lawrence Gasman) из Nanomarkets, к 2015 г. общие продажи гибких OLED-панелей составят около 5,9 млрд. долл. По мнению других аналитиков, потребуется длительный срок для адаптации OLED-панелей на рынке, т.к. они кардинально отличаются от всех применяемых в настоящее время продуктов. Гибкую панель невозможно вставить ни в один из уже использующихся 20 млрд. патронов для ламп накаливания. Также для использования крупных OLED-панелей в офисах потребуется повторный монтаж проводки.
Хотя исследователи до сих пор не решили проблему долговечности OLED-панелей, нужно все же отметить, что у OLED-технологии сейчас очень большие перспективы, она способна произвести маленькую революцию в мире внутреннего освещения.

Солнечные панели: энергетика будущего?

Преобразование солнечной энергии в электрическую рассматривается сейчас как один из важнейших регенеративных источников энергии. Здесь есть два основных направления. Это кремниевые солнечные батареи, где массовый уровень КПД составляет 20—23%, и солнечные батареи, созданные на основе полупроводниковых гетероструктур. В них КПД уже сейчас составляет 35%, а может быть 40, 50, 60%, а в очень сложных системах и больше. Основным тормозом сегодня является то, что полученная таким образом электро­энергия оказывается весьма дорогой. Например, по сравнению с электричеством АЭС — в 3—4 раза. Поэтому важнейшей задачей развития этого направления является повышение эффективности фото­электрических преобразователей.
Преимуществами солнечных батарей являются: отсутствие потребности в топливе, отсутствие шума и эмиссии вредных веществ, отсутствие механического износа; они требуют минимального обслуживания, в них отсутствуют промежуточные фазы преобразования энергии. Недостатками солнечных батарей являются: зависимость мощности от местных условий, времени суток и года, относительная дороговизна, невысокий КПД и чувствительность к механическим повреждениям.
В последнее время в области разработки эффективных фотоэлектричесикх преобразователей были сделаны крупные успехи. Так, в рамках программы «Солнечные батареи чрезвычайно высокой эффективности» научно-исследовательского агентства Пентагона (DARPA Very High Efficiency Solar Cell) была создана солнечная батарея, которая показала уникальный КПД для фотоэлектрических преобразователей.
Новый рекорд эффективности солнечных батарей — 42,8%. Этот выдающийся показатель достигнут батареей на основе кристаллического кремния на открытой местности, т.е. с реальным солнечным светом (не в лаборатории). Эта батарея была разработана и построена консорциумом, созданным университетом Делавэра и компанией DuPont. Авторы нового фотоэлектрического преобразователя — Кристиана Хонсберг (Christiana Honsberg) и Аллен Барнетт (Allen Barnett) из университета Делавэра.
Молодая американская компания Solyndra разработала и вывела на рынок новый тип фотоэлектрических преобразователей. По заверениям создателей, их продукт проще и дешевле в установке и поставляет большее количество энергии в сеть. В отличие от стандартных солнечных батарей, которые сделаны из широких плоских элементов, новые преобразователи выполнены в виде цилиндров. Тонкая пленка полупроводникового материала (на основе меди, индия, галлия и селена) наносится на стеклянные трубки. Затем она помещается во вторую такую же трубку с электрическими контактами, похожими на те, что используются во флуоресцентных лампах. Такая форма позволяет увеличить количество поглощаемого света, а, значит, и электроэнергии, в течение дня без изменения положения конструкции батарей.
Дело в том, что наибольшее поглощение происходит тогда, когда свет падает на пластины под прямым углом, и для плоских ФЭП необходимы специальные системы, отслеживающие положение солнца (а это потребует дополнительного пространства, усложнений в механизме и, как следствие, приведет к повышению стоимости). Кроме того, на устойчивость установок от Solyndra практически не влияет ветер (по техническим данным, до скорости в 200 км/час) и охлаждаются они быстрее, что уменьшает рабочие температуры и увеличивает надежность работы системы.
Еще одна компания — Nanosolar предложила технологию производства солнечных элементов, которая способна вытеснить все остальные, монополизировав рынок. Эта компания уже получила ряд патентов в области наноэлектроники и солнечных элементов. Инновация в технологии производства солнечных элементов заключается в использовании пленок из соединения меди-индия-диселенида галлия (CIGS-пленки). Этот полупроводник характеризуется на 20% большим фотоэлектрическим эффектом, чем современные солнечные элементы. Тонкая пленка CIGS толщиной всего 1 мкм производит столько же электричества, сколько 200...300-мкм кремниевая подложка. Одно из преимуществ новой технологии производства пленок — самосборка чернил, состоящих из наночастиц, которые покрывают поверхность CIGS. Благодаря этому, солнечные элементы могут быть нанесены на гибкую основу. Такие солнечные элементы более эффективны и отличаются низкой себестоимостью.
В ближайшее время следует ожидать дальнейшего увеличения КПД солнечных батарей. Наиболее перспективными материалами являются соединения кадмий-теллурида и меди-индия-селенида. С увеличением количества серийно производимых солнечных батарей вполне очевидна тенденция снижения цены.

Чем заменить кремний?

Современная микроэлектроника вплотную приблизилась к предельным технологическим размерам. Например, толщина окисла составляет несколько десятков атомных слоев. Дальнейшее уменьшение размеров транзисторов становится все более проблематичным, поэтому многие компании активно занимаются разработкой альтернативных технологий.
На сегодня существуют два кандидата на роль материала для новых некремниевых транзисторов: углеродные нанотрубки и графен. Углеродные нанотрубки, которые также называют фуллеренами или углеродными каркасными структурами, — это большие молекулы, состоящие только из атомов углерода. Принято даже считать, что эти молекулы представляют собой новую форму углерода, наряду с известными формами — графитом и алмазом. В 1991 г. были открыты новые фуллерены, напоминающие длинные цилиндрические каркасные формы, — их назвали нанотрубками. В поперечном сечении их размер обычно составляет несколько нм, в то время как по длине они могут достигать гигантских размеров — вплоть до нескольких мм.
Структуру таких нанотрубок можно представить как графитовую плоскость (т.е. плоскость, в которой атомы углерода упакованы по типу графита), из которой вырезана длинная полоска, свернутая в цилиндр. Этот цилиндр и представляет собой углеродную нанотрубку. От того, каким образом из графитовой плоскости вырезается полоска, будет зависеть степень скрученности нанотрубки, которая оказывает значительное влияние на ее электрические свойства, определяя ее зонную структуру и взаимное расположение валентной зоны и зоны проводимости на энергетической диа­грамме. При определенной скрученности нанотрубка будет обладать электронной проводимостью по типу металлов. Во всех остальных случаях нанотрубки являются полупроводниками с запрещенной зоной шириной от нескольких десятых до единиц эВ. Причем, чем меньше диаметр нанотрубки, тем больше ширина запрещенной зоны.
Одно из интересных применений нанотрубок — это создание полевых транзисторов, в которых нанотрубка играет роль канала проводимости (см. рис. 3). Принцип действия полевого транзистора на основе нанотрубки подобен принципу действия традиционного транзистора, но каналом переноса заряда в данном случае является сама нанотрубка.

Рис. 3. Структура простейшего полевого транзистора на основе нанотрубки

Существенно меньшие размеры — не единственное преимущество углеродных нанотрубок. Производство нанотрубок химическим способом существенно дешевле современных технологий производства кремниевых микросхем. Управляя каталитическим процессом, можно создавать транзисторы из нанотрубок с заданными заранее свойствами,  например напряжением переключения. Первой компанией, изготовившей в 2001 г. транзистор на нанотрубках, стала IBM. С тех пор было разработано множество альтернативных схем транзисторов с нанотрубками. К примеру, в компании Samsung была создана схема транзистора с вертикальным расположением нанотрубок.
Другое интересное применение нанотрубок — это создание энергонезависимой оперативной памяти NRAM (Nonvolatile Random Access Memory). Впервые данный тип памяти реализовала компания Nantero. В предложенной ею схеме на кремниевую подложку наносится тонкая изолирующая пленка оксида кремния, вдоль которой размещены токопроводящие электроды шириной в 130 нм, отделенные друг от друга изолирующими слоями. Меняя напряжение на электроде, можно переходить между двумя стабильными механическими состояниями нанотрубок, в одном из которых имеется контакт с электродом, а в другом — нет. Одно из этих состояний будет отвечать логическому нулю, а другое — логической единице. Как утверждают в компании Nantero, плотность записи информации в устройствах NRAM может достигать 5 млрд. бит/см2 (в несколько раз больше, чем в современных микросхемах памяти), а рабочая частота — до 2 ГГц.
Другим материалом, который исследуется в настоящее время, является графен.Графен — это, по сути, пленка углерода толщиной в один атом, имеющая строго упорядоченную гексагональную кристаллическую структуру. Таким образом, графен можно считать развернутой в плоскость одностенной нанотрубкой, или двумерным фуллереном, или же отдельно взятым атомарным слоем из множества таких слоев, составляющих кристалл графита.
Графен был открыт всего 4 года назад. Слой графита толщиной в один атом обладает рядом ценных свойств. Графен отличается высокой стабильностью, в т.ч. и при комнатной температуре, а также высокой тепло- и электропроводностью. Подвижность электронов в графене в 10—20 раз выше, чем в арсениде галлия. Графен позволит создать чипы, пригодные для работы на терагерцовых частотах. Хотя монослои графита обладают такой же подвижностью носителей зарядов при комнатной температуре, как и нанотрубки, однако из графена можно изготавливать чипы по обычной, отработанной годами планарной технологии. К тому же, благодаря двумерной структуре графена, управляющий ток может быть легко увеличен за счет изменения ширины проводящего канала.
Группа ученых из исследовательского центра IBM T.J. Watson Research Center разработала технологию создания полевых транзисторов на основе графена в планарной конфигурации и исследовала зависимость основных характеристик таких устройств при различной ширине затвора [3]. Предельная рабочая частота транзистора составила 26 ГГц.
Ученые считают, что полученные результаты — не предел для электроники, основанной на графеновых транзисторах, и при соблюдении некоторых технических тонкостей (например, сохранении высокой подвижности носителей заряда при производстве таких транзисторов) можно достичь терагерцовых частот.

Заключение

Конечно, рассмотренные в статье технологии не являются единственными перспективными направлениями развития электроники. Ведущие компании и исследовательские центры проводят и другие работы в области новейших технологий. Многообещающие разработки были сделаны в таких направлениях как методы формирования изображения на сетчатке глаза (Virtual Retinal Display) [5], перспективные технологии памяти (память с изменением фазового состояния, магниторезистивная оперативная память, ферроэлектрическая оперативная память), использование интегрированных в чип кремниевых лазеров для создания оптических каналов связи с высокой пропускной способностью и во многих других. Рамками одной статьи невозможно ограничить все новые разработки, которые появились в последнее время и способны кардинально изменить состояние электроники в будущем.
Несмотря на то, что ближайшие годы обещают быть трудными с экономической точки зрения, исследователи продолжают работать, и компаниям, которые задумываются над перспективными направлениями развития, следует внимательно следить за появлением технологий с наиболее высоким потенциалом. По причине того, что многие компании вынуждены сокращать издержки и пересматривать стратегические планы, у потенциальных инвесторов появляется возможность оценить перспективные направления разработок и выбрать те из них, которые способны осуществить прорыв в электронных технологиях и обеспечить конкурентные преимущества в послекризисное время.

Литература

1. adverlab.blogspot.com/2008/08/media-history-through-gartner-hype.html
2. IBM's John Darringer — moving to 3D integration//www.scdsource.com
3. Operation of Graphene Transistors at Gigahertz Frequencies, Nano Lettters, 2009, 9 (1), pp 422–426
4. Room-Temperature All-Semiconducting Sub-10-nm Graphene Nanoribbon Field-Effect Transistors, Phys. Rev. Lett. 100, 206803 (2008)
5. www.cs.nps.navy.mil/people/faculty/capps/ 4473/projects/fiambolis/vrd/vrd_full.html



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Виктор Ежов, научный редактор, ИД «Электроника»



Комментарии

1 / 1
1

123 сентября, 23:39

Стас Pro

MIT: оптическая литография применима для 12-нм техпроцесса

http://www.3dnews.ru/news/mit_opticheskaya_litografiya_primenima_dlya_12_nm_tehprotsessa/
и вот еще на закуску
Кремний и нитрид галлия продлят действие закона Мура
http://www.3dnews.ru/news/kremnii_i_nitrid_galliya_sovmestno_prodlyat_deistvie_zakona_mura/

1 / 1
1

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2020 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты