Алмазные полупроводники могут продлить закон Мура практически до бесконечности

За прошлый год учеными из Вашингтонского университета Карнеги были достигнуты значительные результаты в области синтеза искусственных алмазов ценностью до 10 карат. При этом они ничем не уступают природным аналогам, кроме цены. Ученые предсказывают также резкое падение цен на искусственные алмазы в течение десятилетия. Сегодня довольно быстро развиваются компании, занимающиеся синтезом искусственных алмазов. Одна из них – Apollo Diamond Inc., расположенная в Бостоне, США, планирует на основе синтетических алмазов производить полупроводниковые вафли, аналогичные кремниевым.

Еще до массового производства искусственных алмазов было установлено, что они – отличные полупроводники, и заменили бы кремний в микроэлектронике, если бы не их высокая цена.

Чип на основе алмаза-полупроводника может работать при частоте до 81 ГГц, что в несколько раз выше, чем кремниевые аналоги. При этом теплоотдача у алмазных полупроводников ниже, следовательно их можно будет компоновать с более высокой плотностью размещения компонент и потребуется значительно меньшие затраты на охлаждение алмазного чипа.

Как утверждают эксперты из европейской компании по производству алмазных полупроводников Carbon Power Electronics Сonsortium, благодаря постоянно снижающейся стоимости искусственных алмазов к 2011 году на рынке появятся первые электронные устройства на их основе.

Искусственные алмазыРис. 1. Искусственные алмазы сегодня не редкость

В то время как классические микросхемы и чип переживут еще 4–5 итераций закона Мура, «алмазные микросхемы» могут продлить этот закон еще на 10–20 итераций, при использовании технологий лазерных соединений между микросхемами, трехмерным построением архитектуры и т.п. Через время, при развитой молекулярной нанотехнологии, можно будет создать алмазоид, который заменит большинство традиционных материалов. Это открытие еще в несколько раз продлит закон Мура из-за перехода к механоэлектрическим компьютерам с высокой плотностью вычислительной мощности.

Скорее всего, что алмазные чипы будут использоваться, в первую очередь, в космической и военной микроэлектронике из-за высокой природной устойчивости алмаза к резким перепадам температур и высокому давлению.

Обычно ученые получают алмазы с помощью осаждения вещества в паровой фазе, т.н. CVD-технология. Благодаря этой технологии в свое время появились углеродные нанотрубки, со временем из разряда экзотических химических структур перекочевавшие в широкую промышленность. Возможно, что и алмазные материалы ждет такое же будущее.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.7 (13 votes)
Источник(и):

1. PopSci: Flawless Diamonds



Alexander аватар

10–20 итераций это 20–40 лет. Да…Бесконечность нынче не та, что раньше.

Что же дает нам даже 10 итераций? Увеличение плотности микросхем в 1024 раза. При 90нм технологии производства транзисторов (2003 г.) толщина затвора из диэлектрика составляла примерно 1.2 нм, а на подходе уже 45нм технология (Intel, вторая половина 2007 г., указано на офф. сайте). Уменьшать ее уже почти некуда, при уменьшении в 1024 раз (это площадь, длина в 32 раза) размеры отдельных элементов транзистора должны быть просто меньше размеров атомов (а уже при приближении размеров к размером нескольки атомов будут проявлятся квантовые эффекты, например тунеллирование – когда транзистор не сможет находится в состоянии 0, будет «протекать»). «Закон Мура» будет соблюдатся куда как меньшее время чем 20–40 лет потому что сформулирован относительно плотности транзисторов в микросхемах и подбор материалов не спасет. Другое дело повышение производительности за счет увеличения частоты (скорости перключения транзистора). Но тут алмазные 81 ГГц выглядят не столь впечатлительно, как заявленные несколько лет назад тем же Интелом транзисторы на основе «high-k/metal gate» (вроде как будет использован в 45нм технологии, то есть в конце 2007 г.) и «tri-gate», которые работют в терагерцевом диапазоне.

Так что из текста статьи просто неясны преимущества алмазов через 5 лет даже по сравнению с планируемыми к выпуску в этом году реальными процессорами. Возникает вопрос, а есть ли они вообще?

Svidinenko аватар

Скорее всего, авторы имеют в виду развитие графеновых технологий. На основе графеновых пленок возможно создание высокочастотных нанотранзисторов. Но, естественно, даже это только отодвинет границу миниатюризации транзисторов.

Настоящей революцией, скорее всего, будет создание трехмерных чипов, в котором уменьшенные донельзя транзисторы будут располагаться в матрицах послойно. Первые прототипы этой технологии уже существуют, правда, пока н основе квантовых ключей (два года назад представленных компанией НР). Правда пока неясны аспекты охлаждения такой матрицы.

Alexander аватар

Графен — слой атомов углерода, соединённых посредством sp2 связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку, и алмаз – принципиально различные структуры. Если уж и рассматривать применение графенов в полупроводниковой технике, то при чем тут алмазы? Графитовый стержень из карандаша ближе к графеновым технологиям, чем самый крупный синтетический алмаз.

Кроме того, действительно, непонятно что имели ввиду авторы, т.к. по единственной указанной ссылке есть только упоминание о поступлении искусственных алмазов на рынок полупроводников и бо'льшая термическая стабильность. Все остальное, упоминаемое в статье-источнике, к применению в электронике отношения не имеет. Поэтому интересно, вторая половина текста взята из какого-либо источника или написана из общих соображений?

P.S.: И одно небольшое замечание к переводу (первая половина заметки, до рисунка), по крайне мере что сразу бросилось в глаза:

  • Expect to see the first diamond semiconductors hit the market in 2011.

имеется ввиду, что авторы ожидают поступления в продажу первых алмазных полупроводников в 2011 году. Про электронные устройства на их основе – ни слова. Мне кажется, не стоит таким образом «додумывать» в переводе то, что авторы «имели ввиду на самом деле».

Anonymous аватар

ВНИМАНИЕ: Было бы интересно узнать мнение специалистов: А как и по какому пути можно и нужно развивать возможности использования синтетических алмазов? Можно перейти и в практическую область: Создается предприятие по синтезу алмазов

Посоветуйте(примите участие в работе): что делать, на какую алмазную продукцию сориентировать производство? Какое направление наиболее выгодно и перспективно развивать? Нанотехнологии? – Какие? Изготовление подложек для компъютерных технологий, лазеров, телекоммуникаций, спутников …? С компъютерной техникой – в России вроде нет серьезных потребителей-производителей чипов… С лазерами и т.д… тоже… Кто будет потребителями?? Можно производить и для западных компаний – захотят ли они работать с Российскими алмазными производителями?

С интересом рассмотрим Ваши Предложения и комментарии a2000@mail.ru

Anonymous аватар

Уважаемый Юрий. Здравствуйте. К сожалению не знаю Ваш мэйл, поэтому пишу в комент. По работе сейчас как раз занимаюсь обзором по нанотехнологиям. Очень уж нам понравилось дерево развития, но вот незадача:( – разрешение не позволяет увидеть мелкие надписи, а так охота распечатать в большом масштабе… Из того, что прочитал в инете по теме классификации нанотехнологии многое не позволяет охватить взглядом в целом, а Ваше дерево самое наглядная картина. Был бы очень признателен Вам, если бы смогли прислать мне на мыло с большим разрешением. Очень нужно. rmansuro@mail.ru

Anonymous аватар

Хочу задать вопрос, в интернете долго искал общую классификацию нанотехнологий, но в итоге ни одного системного изложения не обнаружил, кто-нибудь поможет? Федор

Anonymous аватар

уф, товарищи, этой статьей они ваще всех запутают… преимущество синтезированного алмаза – наличие контралируемой бездефектной зоны большего размера, чем у природного алмаза. а так же не содержащего малекулу азота, как в большинстве природных типов.
разработки этих алмазов для нанотехнологий ведуться уже лет 30, на западе , конечно! CVD алмазы имеют существенные преимущества, только вот у нас они не производятся. все комменты выше -без профильного научного обоснования.

tmakarova аватар

Вы это о чем, Аноним? Алмазы не производятся? Уж в чем-чем, а в этом Россия впереди планеты всей. Ведущие алмазники мира – Владимир Кузнецов, Владимир Бланк, Сергей Буга, Александр Вуль. В Троицк свозят гробы американских бабушек и дедушек, а обратно получают их же, но в виде алмаза.