Н. Светлов писал(а): 07.07.2024, 18:50
Короче, я за то, чтобы двигаться широким фронтом, не отклоняя ни одну возможность и не складывая все яйца (финансирование вариантов технических решений) только в одну корзину. Потому что если найдётся реально работающая технология, то организация массового производства уже не будет таким безнадежно дорогим делом, как выжимание всего возможного из технологий, уже почти достигших своего предела совершенства.
Алмаз вместо кремния: будущее микроэлектроники.
Вот уже 60 лет кремний является основным материалом для изготовления полупроводниковых устройств. Удивляться здесь нечему: на сегодняшний день не существует другого материала, обладающего столь подходящим для этих целей комплексным набором свойств. Кремний является одним из самых распространённых в мире минералов. Поскольку в своей естественной форме он содержится в кварцевом песке, в мире он встречается практически повсеместно. Это обуславливает его доступность и, как следствие, дешевизну. В микроэлектронике используется высокочистый кремний, получение которого подразумевает искусственную обработку. Это, конечно, сказывается на его цене, но не настолько, чтобы пошатнуть его лидерские позиции.
Высокая термическая стабильность, простота легирования (добавка примесей, влияющих на степень проводимости) и опять же хорошая цена обеспечили доминирование кремния в современной микроэлектронике. Немаловажную роль играет также то, что разработчики микросхем за многие десятилетия наработали множество эффективных конструкций микросхем именно на кремнии. Поэтому спроектировать новую интегральную схему на кремниевой подложке обычно гораздо проще, чем на других полупроводниковых материалах. При этом некоторые другие полупроводники, в особенности германий и арсенид галлия, также находят своё применение в ряде специфических областей микроэлектроники.
Проблема дальнейшего использования кремния в качестве основного полупроводникового материала имеет ряд ограничений. Размеры и скорости передовых микрочипов практически уже достигли того максимума, который кремний в принципе способен обеспечить. Вторая существенная проблема кремния — недостаточная термическая стабильность в ряде случаев, например при использовании в силовой электронике. Это требует использования сложных методов охлаждения. Данные обстоятельства толкают учёных на поиск новых, более эффективных материалов, и самым «красивым» из этих материалов является алмаз.
Почему именно алмаз? Этот самый твёрдый в мире природный материал обладает к тому же выдающимися электронными свойствами. Он выдерживает гораздо большие напряжения по сравнению с кремнием и пропускает больший электрический ток. Алмаз обладает лучшей теплопередачей, чем кремний и к тому же способен выдержать больший нагрев без ухудшения производительности. Как известно, кремний является полупроводником, а вот алмаз собственной проводимостью не обладает. По сути он является изоляционным материалом. Но современные технологии позволяют легировать поверхность алмаза, превращая его в полупроводник. Это даёт возможность создавать на поверхности алмаза электронные схемы.
Разумеется, в микроэлектронике применяются синтетические алмазы, выращенные в лаборатории. Натуральным алмазам впору удовлетворить всевозрастающий спрос на них в ювелирной промышленности. Искусственные алмазы возможно производить в виде плёнок, которые во много раз тоньше кремниевых пластин. Это открывает путь к созданию микрочипов с гораздо лучшими характеристиками, чем у их кремниевых предшественников. Исключительные температурные свойства алмаза прокладывают ему дорогу в космической отрасли. Как известно, дальний космос характеризуется резкими перепадами температуры: от экстремального холода до экстремального тепла. Алмаз гораздо лучше выдерживает такие условия, чем кремний.
К сожалению, на данный момент полномасштабное производство алмазных микрочипов, способных потеснить кремний, является отдалённой перспективой. 300 миллиметровая кремниевая подложка, на которой печатаются микрочипы, является сейчас самой распространённой в отрасли. Тогда как алмазная пластина имеет диаметр всего несколько миллиметров. Но работа над технологиями выращивания более крупных пластин продолжается. Надо отметить, что алмаз уже сейчас незаменим в производстве традиционных кремниевых микрочипов: алмазные зёрна и порошки используются для резки и полировки полупроводниковых пластин. Алмазы также используются в инструментах прецизионной обработки печатных плат, металлов, стекла и керамики.
Напрашивается вопрос о дороговизне синтетических алмазов по сравнению с кремнием. Но, во-первых, для производства микрочипов используется очень тонкая алмазная плёнка, а во-вторых, львиная доля стоимости микрочипа определяется не материалом, а дороговизной используемой технологии. Так что у алмаза хорошие шансы. Тем более, что производство синтетических алмазов в мире постоянно возрастает, а Индия вообще ставит рекорды в этой области, имея возможность предлагать данный материал по хорошей цене.
Ожидает ли нас «алмазный век» в электронике? Скоро мы это узнаем. Но уже сейчас ясно, что этот удивительный минерал и дальше продолжит оставаться одним из самых востребованных в нашем мире благодаря своей красоте и непревзойдённым свойствам.
https://dzen.ru/a/ZQN3zbl1HHUt6TMz
Ученые создали первый функциональный полупроводник из графена — у него есть потенциал заменить кремний
Учёные из Технологического института Джорджии утверждают, что создали «первый в мире функциональный полупроводник, изготовленный из графена». Созданный ими эпитаксиальный графен совместим с традиционными методами производства микроэлектроники, благодаря чему он может считаться реальной альтернативой кремнию.
Технологические эксперты постоянно указывают на необходимость сохранения возможности использования закона Мура в вопросе производства электроники. Однако одна из ключевых проблем, с которой сталкиваются те, кто двигают индустрию производства полупроводников вперёд, заключается в том, что физические свойства кремния приближаются к своим пределам. С другой стороны, графен с момента его открытия в 2004 году постоянно рекламируется как чудо-материал, призванный решить все проблемы, связанные с производством полупроводников в будущем. Тем не менее, попытки его использования пока не способствовали какому-либо значительному или широко распространённому технологическому прорыву. Однако исследователи из Технологического института Джорджии, похоже, действительно совершили значительный шаг вперёд в этом вопросе, объединив очищенный эпитаксиальный графен с карбидом кремния в составе полупроводника.
Исследование ведёт группа учёных из США и Китая под руководством профессора физики из Технологического института Джорджии Уолтера де Хира (Walter de Heer). Де Хир работает над технологиями 2D-графена с начала 2000-х годов.
«Нас мотивировала надежда внедрить три особых свойства графена в электронику. Это чрезвычайно прочный материал, который может выдерживать очень большие токи, при этом не нагреваясь и не разрушаясь», — комментирует учёный.
Однако несмотря на эти три свойства ключевая полупроводниковая характеристика в материалах на основе графена до сих пор отсутствовала. «Давняя проблема в графеновой электроники заключается в том, что графен не имеет правильной запрещенной зоны и не может включаться и выключаться, то есть переходить из одного состояния в другое, с правильным соотношением», — отмечает специалист по наночастицам и наносистемам доктор Лэй Ма (Lei Ma), коллега де Хира из международного цента Тяньцзиньского университета, который также является соавтором работы «Сверхвысокомобильный полупроводниковый эпитаксиальный графен на карбиде кремния», опубликованной в журнале Nature.
Исследователи поясняют, что они нашли способ выращивать графен на пластинах карбида кремния с использованием специальных печей, получив в итоге эпитаксиальный графен, объединённый с карбидом кремния. Согласно официальному блогу Технологического института Джорджии, на совершенствование этого материала ушло десятилетие. Его нынешние испытания показывают, что полупроводниковый материал на основе графена демонстрирует в десять раз большую подвижность электронов, чем кремний.
«Иными словами, электроны в материале движутся с очень низким сопротивлением, что в электронике приводит к более быстрым вычислениям», — поясняется в пресс-релизе института.
Де Хир объясняет привлекательные свойства электроники на основе графена более простыми словами: «Это всё равно, что ехать по автостраде, а не по гравийной дороге. Он [материал на основе графена] более эффективен, не так сильно нагревается и позволяет электронам развивать более высокую скорость».
По словам учёных, их эпитаксиальный графен, объединённый с карбидом кремния, намного превосходит любые другие 2D-полупроводники, находящиеся в разработке. Профессор де Хир охарактеризовал прорыв его группы исследователей в области полупроводниковых материалов как «момент братьев Райт», а также подчеркнул совместимость материала с квантово-механическими волновыми свойствами электронов. Другими словами, он может сыграть важную роль в будущих достижениях в области квантовых вычислений.
https://3dnews.ru/1098332/gruppa-uchyon ... ve-grafenaПокроется небо пылинками звезд и выгнутся ветки упруго.
