Третья мировая война ведется за лидерство в нанотехнологиях
Странный мир одиночных электронов
Одноэлектронные транзисторы, в которых электроны «поодиночке» перепрыгивают с истока на наноостровок кремния и далее на сток, сегодня изучаются не только сами по себе, но и в связи с попытками построения квантовых компьютеров.
Расположив рядом с транзисторным наноостровком еще одну квантовую точку – кубит – ученые из Кембриджа сумели организовать интерфейс между квантовыми и макроскопическими процессами и пронаблюдать жизнь охлажденного до 5 тысячных кельвина кубита с помощью приборов находящихся при комнатной температуре.
Квантовый одноэлектронный транзистор, правда, пришлось все же охладить. Да по другому и нельзя было бы ничего сделать – ведь кубит и транзистор должны находиться на таком расстоянии, чтобы их "пси-функции", характеризующие вероятность нахождения квантового объекта в определенной точке пространства, хоть немного, но перекрывались.
Всеобщий интерес к «нанопроводам» и транзисторам на их основе огромен в первую очередь благодаря тому, что по сравнению с обычными полевыми транзисторами, где проводимостью канала управляет электрическое поле, приложенное лишь с одной стороны, в структурах с двухсторонним или охватывающим весь проводящий канал затвором, существенно меняется физика явления.
В нанотранзисторах заметно меньше рабочие напряжения и токи, что позволяет существенно понизить такую характеристику процессоров, как произведение энергии переключения на время срабатывания электронного ключа.
Популярность технологии полупроводник на изоляторе (SOI) с каждым годом растет и все больше микросхем и процессоров изготавливаются на кремневых слоях толщиной всего несколько десятков или сотен нм отделенных от основного «грузонесущего» слоя кремния прочным слоем окисла. Глубинный слой окиси кремния, используемый в качестве изолятора различных частей микросхемы друг от друга, сегодня вне конкуренции.
Однако между затвором и каналом в современных полевых транзисторах все чаще норовят положить тонкий слой окисла какого-нибудь другого химического элемента. Например, диоксид гафния, обладающий меньшей проводимостью и большей диэлектрической проницаемостью, что позволяет уменьшить токи утечки и рабочие напряжения транзисторов.
По прогнозам аналитиков, лет через десять технологии вплотную подойдут к тому рубежу, за которым квазиклассические представления о протекании тока и работе транзисторов уже не применимы, и надо будет переходить к квантовому описанию и туннельным эффектам.
Но эта область пока слабо изучена, и основные производители микросхем полагают, что на классических принципах, с рабочими элементами размером в десяток нанометров еще долго можно будет успешно удовлетворять растущие не по дням, а по часам потребности пользователей персональных компьютеров и сотовых телефонов.
У России еще остается время вскочить в стремительно уносящийся в будущее состав.
| Учебный курс «Конкурентная разведка.Новые методы и приемы» C 30 по 1 декабря |