Компьютер-Информ || Архив || Рубрики || Поиск || Подписка || Работа || О "КИ" || Карта
Новые технологии
Ученые из Политехнического института штата Джорджии (США) и Национального научно-исследовательского центра Франции (Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS) при поддержке корпорации Intel (с 2003 г.) и U. S. National Science Foundation с 2001 г. разрабатывают принципиально новые микроэлектронные схемы на основе графена - тончайшего слоя графита. Используя принцип электронно-волнового дуализма и волновые свойства электронов на слоях графена толщиной до 10 атомов, исследователи хотят достигнуть проводимости как у материалов, основанных на углеродных нанотрубках.
Материалы на основе нанотрубок создать промышленным способом не так уж просто. А графеновые слои можно получать достаточно просто, испаряя атомы кремния с поверхности карбидокремниевых подложек при высоком вакууме. Далее при помощи спинкастинга на подготовленную поверхность наносится фоторезистивный материал для создания микроэлектронных контуров. Оптическим или электронно-лучевым литографическим методом и своеобразной гравировкой строятся нужные образы на поверхности готового материала, убирая лишний графен. Детали производства изложены в журнале Journal of Physical Chemistry.
Проф. Политехнического университета штата Джорджия г-н Walt de Heer показывает устройство, сконструированное из графена.
Графен продемонстрировал высокую электронную подвижность и электронное сопряжение при комнатной температуре. Он показывает эффект квантовой интерференции и предполагается, что при малых структурах будет наблюдаться баллистическая проводимость.
Подробнее с графеновым устройством можно ознакомиться на сайте http://gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/graphene.htm.
Grafene48 - Устройство на фоне графена
Сотрудники Корейского научно-технического института передовых исследований (KAIST), как сообщает Korea Herald, разработали транзистор диаметром в поперечнике 3 нанометра. Элемент имеет трехмерную структуру и относится к так называемым транзисторам полевого типа FinFET, поскольку по форме напоминает хвостовой плавник рыбы (по-английски - backfin). Предполагается, что предложенная методика изготовления транзисторов будет положена в основу технологии производства полупроводниковых микросхем следующего поколения.
Разработка корейских ученых, как отмечается, может найти применение при выпуске новых процессоров, флэш-памяти, микросхем памяти DRAM, объем которых будет на порядки превосходить емкость современных чипов, и пр.
Специалистам японских компаний Semiconductor Energy Laboratory (SEL) и TDK удалось создать 8-разрядный микроконтроллер и радиочастотный блок на гибкой подложке. Схему, для получения которой была применена технология изготовления тонкопленочных транзисторов из низкотемпературного поликристаллического кремния, в ходе изготовления перенесли на пластиковую подложку. Готовое изделие имеет возможность обмена с другими устройствами на частоте 13,56 МГц. Примечательно, что питается схема энергией радиосигнала, поэтому для ее работы не нужны батареи. Разработчики утверждают, что их продукт сохраняет работоспособность, даже если радиус изгиба подложки равен 10 мм.
Областью применения гибких схем с радиочастотными блоками, не нуждающимися в питании, являются смарт-карты, позволяющие выполнить, например, бесконтактную идентификацию владельца. Обмен данными обеспечивает радиоблок, а их обработка и управление процессом возложены на контроллер.
Толщина изделия - около 195 мкм (с учетом интегрированной пленочной антенны - около 250 мкм). При этом сама по себе полупроводниковая часть занимает несколько микрометров, все остальное приходится на подложку. В настоящее время исследователи заняты уменьшением толщины пластиковой подложки, чтобы довести общую толщину "бутерброда" до 100 мкм. По замыслу участников проекта, достижение этой отметки позволит использовать схему не только в пластиковых смарт-картах, но и в обычных листах бумаги, практически не влияя на их внешний вид и параметры.
Специалисты исследовательских центров Merck Chemicals, (Саутгемптон, Англия) и Palo Alto Research Center (Стэндфорд, штат Калифорния) создали полисоединение под названием политиофен (polythiophene). Он обладает способностью пропускать электрический ток и может использоваться в качестве основы для изготовления гибких электронных схем и транзисторов.
При этом политиофеновые транзисторы имеют скорость переключения в 6 раз более высокую, нежели кремниевые аналоги. Подобное свойство нового органического полимерного материала позволяет использовать его для создания дешевых дисплеев для портативных электронных устройств и даже простейших чипов. Более сложные устройства на данном этапе сконструировать не удастся, однако заложен фундамент для дальнейшего развития в области практического использования органических транзисторов.
Группа ученых Политехнического института Ренсселир (Rensselaer Polytechnic Institute, Нью-Йорк, США), объявили о создании способа синтеза гибких полимеров с включенными нанотрубками. Прототип сверхгибкого полимерного материала, состоящего из нанотрубок и способного проводить электрический ток, назван ими "нанокожей".
Химики исследовали свойства нанотрубок и тех сил, что удерживают их вместе. В результате, было обнаружено, что при внедрении нанотрубок в специальный полимер, соблюдая определенный порядок действий, можно получить гибкий материал, в котором нанотрубки не теряют своего взаимного расположения.
Основная концепция - это выращивать нанотрубки на жесткой подложке в различных условиях и затем переносить углеродные образования, сохраняя их неизменными, на гибкую платформу. Сами ученые предполагают использование инновационного материала в популярном сегодня направлении - гибких дисплеях. Кроме полупроводниковой индустрии, материалы можно будет использовать для создания, скажем, ботинок, способных удержать человека на потолке.
Ученые исследовательского центра John Innes (Великобритания) для создания токопроводящих наноэлементов взяли за основу обычный вирус (Vigna unguiculata), который инфицирует листья растений. Он безопасен для людей.
Ученые пришли к выводу, что размер вируса идеально подходит в качестве основы для будущих строительных блоков, т. к. тело вируса шарообразное, а размеры его составляют порядка 30 нм. Такое объяснение дает ведущий химик проекта Дэвид Эванс (David Evans). Обычно, при создании подобной основы, химики долго подбирают или синтезируют какой-то материал, а в этом случае нужно было отделить тело вируса от растения и подмешать ферроцен к аминокислотам. Команде ученых удалось присоединить около 240 таких органометаллических соединений, что привело к созданию электронно-активного атома железа, т. е. смесь этих компонентов образовала наночастицу-емкость, устройство, в котором можно будет хранить электрический заряд.
В будущем, как поясняет доктор Эванс, данная разработка может привести к созданию биосенсоров - наноэлектрических приборов, или поможет в освоении электрокаталитических процессов.
Группе исследователей из университета штата Арканзас удалось продемонстрировать, что под действием напряжения в тонкой пленке ферроэлектрического материала формируются "нанопузырьки" (nanobubbles). Их, в принципе, можно использовать в качестве хранилища информации.
Начало исследованиям положило создание компьютерных моделей, предназначенных для изучения теоретических свойств сверхтонких ферроэлектрических пленок. В настоящее время ферроэлектрические материалы достаточно широко используются в электронике. Их особенностью является наличие самопроизвольно сформированных диполей - участков с электрическим зарядом.
Исследуя модель титаната цирконата свинца (lead zirconate titanate, PZT), ученые наблюдали за реакцией диполей на прикладываемое напряжение. Они увеличивали напряжение до тех пор, пока все диполи не выстраивались параллельно друг другу под действием электрического поля.
Первоначально в материале появлялись линии из диполей, образующих "нанополоски" (nanostripes). Диполи в соседних линиях имели прямо противоположную ориентацию. Последующее увеличение напряжения оставляло периодичность нанополосок прежней, но полоски сами по себе изменялись: одна из ориентаций диполей начинала доминировать над другой. По мере увеличения напряжения, поверхностные слои материала становились более подверженными действию поля, чем внутренние. Это приводило к формированию своеобразных "нанопузырьков", в которых расположенные рядом диполи переставали касаться материала верхней и нижней поверхности исследуемого образца. Как считают ученые, эти "нанопузырьки" могут быть использованы для хранения невероятно большого количества информации.
К сожалению, пока еще только предстоит создать технологию нанесения тонких ферромагнитных пленок.
Производственные дефекты и ошибки в процессе работы осложняют применение нанотехнологий в изготовлении электронных цепей. Чтобы компенсировать их существование, исследователи при проектировании снабжают схемы функциями коррекции ошибок и заводских дефектов "на лету". В частности, эти вопросы исследуют в Технологическом институте Джорджии (Georgia Institute of Technology), в рамках программы, финансируемой военным ведомством США и компанией Intel.
Компания Hewlett-Packard продемонстрировала чип, в котором использована стратегия общего резервирования (massive redundancy) и автоматического восстановления (automatic recovery), которая призвана компенсировать ошибки, возникающие на стадии производства в массиве памяти на базе наноэлементов.
Сотрудник исследовательского подразделения Hewlett-Packard, Стэн Вильямс (Stan Williams), считает, что избыточность - путь к решению проблемы заводских дефектов: "В будущем производителям придется столкнуться с реальностью в виде дефектов в выпускаемых схемах. Используя архитектуру с избыточностью 50 %, мы уверены, что сможем выпускать наносхемы с практически идеальным процентом выхода годных изделий, не смотря на то, что вероятность ошибки в каждом отдельном компоненте высока".
Чип, созданный в лабораториях Hewlett-Packard с применением нанотехнологии, содержит проводники шириной 15 нм. Расстояние между краями проводников равно 19 нм. Многослойная структура, половина элементов которой повернута под углом 90°, имеет плотность ячеек, соответствующую плотности хранения данных 100 Гб/см2. Исключение дефектных элементов возложено на алгоритм автоматического демультиплексирования, позаимствованный из теории кодирования.
В университете штата Орегон создана первая в мире совершенно прозрачная интегральная схема из неорганических компонентов. Схема представляет собой пятикаскадный кольцевой генератор, часто используемый в электронике для тестирования и демонстрации новых технологий. Ее описание можно посмотреть по адресу http://oregonstate.edu/dept/ncs/newsarch/2006/Mar06/circuit.htm.
Проект финансируют National Science Foundation (национальный научный фонд США), Army Research Office (исследовательский департамент армии США) и компания HP. Примечательно, что HP получила права на продажу продукции, в которой будут использованы результаты исследования.
Проект ведут профессоры John Wage, Douglas A. Keszler и Janet Tate, а также кандидат в области электроинженерии Rick Presley.
Среди областей применения прозрачных интегральных микросхем называют дисплеи на лобовых стеклах автомобилей, сотовые телефоны, телевизоры, копировальные аппараты, очки, электронные игры и игрушки. Кроме того, специалисты высоко оценивают перспективы новой технологии в создании более совершенных солнечных батарей и ЖК дисплеев.
Ранее в университете были созданы прозрачные транзисторы с использованием цинково-оловянного оксида. Новые схемы изготовлены из оксида соединения индия и галлия. Оба материала, являющиеся многокомпонентными оксидами аморфных катионов тяжелых металлов, обладают сходными достоинствами: высокой подвижностью электронов, химической стабильностью, физической долговечностью и простотой изготовления при низких температурах.
Конечно, до готовых продуктов пока далеко - технологию необходимо довести до требований серийного производства, обеспечить физическую защиту схем от внешних воздействий и решить многие другие проблемы. Однако уже сейчас исследователи отмечают преимущества новых изделий: пониженное энергопотребление, простую структуру электронных компонентов, пригодность к обработке цифровых и аналоговых сигналов.
В случае массового внедрения, новая технология может настолько снизить стоимость интегральных микросхем, что заменит привычные кремниевые аналоги и позволит выпускать экономически оправданные "одноразовые" изделия, - то есть, электронику, которую потребители будут выбрасывать после использования, подобно тому, как сейчас мы выбрасываем полиэтиленовые пакеты или пустые пластиковые бутылки.
Компания NEC разработала лазерный чип для суперкомпьютеров будущего, пишет New Scientist. Ожидается, что к 2010 году производительность этих устройств достигнет одного петафлопса, т. е. они будут способны осуществлять порядка квадриллиона операций в секунду.
Чтобы улучшить производительность, инженеры предложили сосредоточиться не на процессорах, а на каналах связи. Новый чип позволяет передавать данные по оптическому волокну со скорость 25 гигабит в секунду. Разработчики подчеркивают, что это намного больше, чем удается добиться при помощи электронных микросхем и металлических проводов.
Основой чипа является "вертикальный резонаторный лазер с поверхностным излучением" (VCSEL). Эти устройства преобразуют электрический ток в серию лазерных импульсов и уже используются при производстве 10-гигабитных сетевых карт. VCSEL был изобретен японскими физиками в 1979 году.
В университете Саутгемптона (Великобритания) группа, состоящая из ученых Герасима Галитонова (Gerasim Galitonov), Сэма Битрвелла (Sam Birtwell), Николая Желудева (Nikolay Zheludev) из School of Physics and astronomy и Хьювела Моргана (Hywel Morgan) из School of Electronics and Computer Science разработала технологию нанесения наноструктурированных оптических меток в виде линейных решеток. Они позволяют создать до 109 различных кодов, каждый из которых можно будет легко идентифицировать бесконтактным оптическим способом. Особенность новых штрих-кодов - их сверхмалый размер.
Два года назад появились первые технологии наноидентификации с помощью штрих-кодов на основе ДНК. Однако высокая стоимость их производства не позволила этому изобретению выйти на рынок. Группе исследователей из Саутгемптонского университета удалось разработать легко считываемые оптическими методами идентификаторы микроскопических масштабов, с помощью которых можно идентифицировать нужный объект из сотен миллионов других.
Британские ученые предложили использовать в качестве уникального кода дифракционную решетку со строго определенным периодом. Их работа представлена в журнале Optics Express, т. 14, стр. 1382. Для нанесения наноштрихов на стеклянную поверхность подложки использовалась электронно-лучевая литография разрешением 100 нм. С ее помощью была создана дифракционная решетка размером 50х50 мкм, линии которой представляют собой слои атомов хрома толщиной 60 нм. Эта технология, ограниченная разрешением литографической установки, позволила создать 7400 уникальных кодов.
Для считывания дифракционного кода решетка освещается пучком света. Отраженный свет регистрируется декодирующим устройством, определяющим угол отклонения луча, - он для каждой решетки будет различным. Теоретически, можно увеличить количество различных кодов путем комбинирования разных решеток из уже имеющейся библиотеки. Так можно будет получать дифракционные решетки с кодами "высокого уровня". Например, комбинация только трех различных типов решеток позволит получить 68 тыс. вариантов штрих-кодов.
Тем не менее, создание все более сложных дифракционных кодов имеет свой предел из-за ограниченного разрешения литографической установки. "Чем выше будет число решеток в одном штрих-коде, тем труднее их изготовить. Так, штрих-код с четырьмя решетками мы уже не можем изготовить", - говорит С. Биртвелл.
По мнению исследователей, штрих-коды на основе наночастиц с нанесенными на них продольными полосами могут найти применение, например, в комбинаторной химии, где станет возможной идентификация при помощи наночастиц отдельных молекул, в маркировке птиц, домашних и диких животных, растений, насекомых; идентификации кредитных карт, банкнот, компьютерных чипов. Станет возможной идентификация отдельных живых клеток, что будет очень полезно биотехнологам, медикам и генетикам. Группа уже занята изготовлением биосовместимых меток для медицины и биотехнологий. Кроме того, группа ведет работу над оптимизацией технологии для конкретных областей применения - таких, как, например, идентификация бриллиантов или борьба с раком.
Компания IBM представила интегральную схему кольцевого генератора на 12 полевых транзисторах, реализованных в одной углеродной нанотрубке. До сих пор на базе одной нанотрубки удалось создавать лишь один полевой транзистор. Входящие в схему транзисторы построены на базе полупроводниковых металлоокисидных переходов p- и n-типов.
Пока что созданный IBM генератор на основе нанотрубки (single-walled carbon nanotubes, SWCNTs) по своим частотным характеристикам уступает аналогу, реализованному с помощью традиционных кремниевых технологий, но компания считает, что, во-первых, уже продемонстрирована пригодность SWCNTs для применения в коммерческих устройствах, и, во-вторых, в результате дальнейшего совершенствования полупроводниковые технологии, использующие углеродные нанотрубки, вполне могут превзойти кремниевые.
Ученые из Национальной лаборатории имени Лоренса в Беркли (штат Калифорния, США) и Кильского университета имени Христиана Альбрехта (Германия) исследовали образование сложного комплекса, буквально сети нанотрубок из меди, осажденной на поверхности кристалла селенида ванадия, сообщает New Scientist.
Ранее полагалось, что такая структура образовывается из-за того, что тонкий слой меди коробится после нанесения. Однако исследователи показали, что система нанотрубок строится за счет возникновения резкого поверхностного натяжения молекул кристаллической поверхности, вызванного осаждением частиц металла. Наблюдаемое явление, полагают ученые, зависит от природы вещества, используемого в качестве подложки (в данном случае кристалла селенида ванадия).
Дальнейшее изучение этого явления сделает возможным создание проводящего материала, в котором электроны будут проходить по нанотрубкам, а не кремниевым проводам. Это позволит увеличить компьютерные мощности за счет размещения много большего количества транзисторов на поверхности стандартной микросхемы.
Работа была опубликована в журнале Physical Review Letters.
Группа исследователей из Имперского колледжа в Лондоне (Великобритания) и Невшательского университета (Швейцария) разработали методику усиления света лазеров, сообщает Physicsweb. В основе технологии лежит слоистая полупроводящая наноструктура с тремя энергетическими уровнями, которые ведут себя, как "искусственные атомы". Регулирование толщины и композиции уровней позволяет лазеру излучать без инверсии заселенности энергетических уровней. Эта работа дополняет исследования ученых этих университетов в области нанотехнологий и "рентгеновского зрения".
Основная идея работы лазера заключается в инверсии электронов путем "накачки" рабочего тела (газа или кристалла), подводя к нему энергию, например, в виде световых или электрических импульсов. В процессе перехода электрона на более низкий уровень происходит испускание кванта света определенной длины волны. Фотон возбуждает другие электроны, которые, в свою очередь, продолжают прогрессию. Ученые показали, что если, используя световой поток, связать квантовые фазы двух возбужденных электронов, то испускание фотонов атомами будет происходить без электронной инверсии.
Этот эффект был известен и ранее, однако он впервые был продемонстрирован в твердых телах. Также, из-за оптического эффекта, называемого электромагнитной прозрачностью, внутренняя среда лазера будет оставаться прозрачной для прохождения последующего потока фотонов, что еще больше увеличит КПД устройства. Основное использование этой технологии предполагается в оптических накопителях информации.
Американская организация NASA приступила к созданию межпланетной Интернет (interplanetary Internet), сообщает Wired Magazine.
Проф. Vinton Cerf
Массив антенн сети открытого космоса (deep space network - DSN), который сейчас используется NASA для управления космическими объектами, позволит посылать и получать данные в системе interplanetary Internet.
Рубрики || Работа
|| Услуги || Поиск
|| Архив || Дни
рождения
О "КИ" || График
выхода || Карта сайта || Подписка
Рассылка анонсов газеты по электронной почте
Сайт газеты "Компьютер-Информ" является зарегистрированным электронным СМИ.
Свидетельство Эл 77-4461 от 2 апреля 2001 г.
Перепечатка материалов
без письменного согласия редакции запрещена.
При использовании материалов газеты в Интернет гиперссылка обязательна.
Телефон редакции (812) 718-6666, 718-6555.
Адрес: 196084, СПб, ул.Заставская, д.23, БЦ "Авиатор", 3-й этаж, офис 307
e-mail: editor@ci.ru
Для пресс-релизов и новостей news@ci.ru