211service.com
„Motorola“ superlustas
1999 m., gulėdamas paplūdimyje per atostogas Ispanijos pakrantėje, fizikas Jamalas Ramdani ištiko epifaniją. Smėliui prisitaikant prie jo kūno kontūrų, Ramdani, „Motorola Labs“ tyrėjas Tempe, AZ, staiga įsivaizdavo galvosūkio, kuris 30 metų trikdė puslaidininkių pramonę, sprendimą: kaip pigų silicį sujungti su dideliu greičiu, šviesą skleidžiančios, bet daug brangesnės puslaidininkinės medžiagos, pavyzdžiui, galio arsenidas, visos vienoje plokštelėje.
Kadangi medžiagos fiziškai nesuderinamos, sluoksniuoti vieną ant kito, kad būtų sukurtas optimalių elektroninių ir optinių savybių lustas, praktiškai neįmanoma. Gali būti, kad smėlis tame Ispanijos paplūdimyje, pagamintas iš to paties mineralo, iš kurio gaminamos silicio plokštelės, suteikė Ramdani esminę užuominą. Bet kokiu atveju, prisimena Ramdani, grįžau į Finiksą, pasiskolinau mašiną sudėtiniams puslaidininkiams auginti, o dviejose ar trijose nuotraukose ant silicio sėdėjome galio arsenidą.
„Motorola“ vadovai neprarado galio arsenido funkcionalumo pranašumų, ypač jo gebėjimo valdyti belaidį ryšį ir skleisti šviesą ant nebrangios silicio lusto. Didelio našumo lustai, pagaminti iš galio arsenido ir kitų vadinamųjų sudėtinių puslaidininkių, plačiai naudojami visur – nuo mobiliųjų telefonų iki optinių ryšių tinklų jungiklių. Bent jau Ramdani išradimas gali reikšti šių brangių lustų pakeitimą kur kas pigesnėmis galio arsenido ant silicio lustais. Per dvejus metus nuo Ramdani proveržio Motorola pateikė daugiau nei 300 šios technologijos patentų; Praėjusį rudenį bendrovė Ramdani metodą panaudojo kurdama lustų prototipą, skirtą signalams mobiliuosiuose telefonuose sustiprinti. Siekdama komercializuoti naują medžiagą, „Motorola“ įkūrė visiškai priklausančią dukterinę įmonę „Thoughtbeam“ Ostine, Teksaso valstijoje, ir žada, kad per ateinančius dvejus metus naujos medžiagos pateks į elektroninius ir optinius įrenginius.
„Motorola“ lustų technologijos poveikis gali būti daug didesnis nei pigesni mobilieji telefonai ar optiniai įrenginiai. Šiandien, jei norite greito, nebrangaus mikroprocesoriaus, jums reikia silicio lusto; jei norite, kad lustas galėtų atlikti optines funkcijas arba aukšto dažnio radijo signalus, jums reikia sudėtinių puslaidininkių, tokių kaip galio arsenidas arba indžio fosfidas. Dėl to tokiai įrangai kaip mobilieji telefonai ir ryšių tinklo jungikliai reikalauja kelių puslaidininkių įrenginių. Galų gale, prognozuoja kai kurie ekspertai, „Motorola“ technologija gali sudaryti galimybę integruoti galio arsenido ir silicio funkcijas viename luste, naudojant kiekvieną medžiagą tam, kas geriausiai tinka. Rezultatas būtų superčipas. Vietoj to, kad DVD grotuve būtų keli lustai, atliekantys įvairias užduotis, generuojanti šviesą, kad būtų galima nuskaityti diską, nukreipti žiūrovų įvestis, iššifruoti skaitmeninius duomenis į vaizdus ir garsą – visa tai galėtų atlikti vienas lustas.
Puslaidininkių pramonė apie tokį superlustą svajojo dešimtmečius – ir nemažai tyrinėtojų aktyviai to siekia. Pavyzdžiui, Eugene'as Fitzgeraldas, MIT medžiagų mokslininkas, sprendžia šią problemą daugiau nei dešimtmetį ir paskelbė savo galio arsenido auginimo ant silicio technikos aprašymus. Jis ir daugelis kitų skeptikų abejoja, ar „Motorola“ technologija pasirodys kaip „didysis kirtis“. Kas kelerius metus yra vadinamasis sprendimas, tačiau atidžiau pažvelgus matosi, kad jis visai ne toks, sako Fitzgeraldas.
Tačiau kiti yra taip sužavėti Ramdani proveržio potencialu, kad mano, kad ši technologija gali iš esmės pakeisti lustų gamybos verslo dinamiką ir galiausiai sumažinti medžiagų atotrūkį tarp silicio ir sudėtinių puslaidininkių, o tai tapo esminiu pramonės faktu. Pasak Steve'o Culleno, „Cahners In-Stat Group“ puslaidininkių tyrimų paslaugų direktoriaus ir pagrindinio analitiko, „Motorola“ pažanga gali įeiti į istoriją kaip svarbus lūžis puslaidininkių pramonėje.
Silicio pusbroliai
Silicis yra pasirinkta medžiaga daugumai mikroprocesorinių lustų; jį lengva tvarkyti, o gamintojai išmoko į jį įtraukti mažytę schemą, leidžiančią šiandienos greitus ir nebrangius kompiuterius. Tačiau nepaisant visų savo įžymybių, silicis negali prilygti brangesnių puslaidininkių, tokių kaip galio arsenidas ir indžio fosfidas, belaidžių ir optinių galimybių.
Šios medžiagos vadinamos sudėtiniais puslaidininkiais, nes jų kristalus, skirtingai nei silicio, sudaro daugiau nei vienas elementas. Ši sudėtingesnė kompozicija dažnai suteikia jiems pageidaujamų fizinių savybių. Pavyzdžiui, kadangi daugelyje sudėtinių puslaidininkių elektronai keliauja greičiau, medžiagos gali apdoroti aukštesnio dažnio radijo signalus, taigi ir didesnį duomenų kiekį, o tai yra būtent tai, ko jums reikia, jei norite, tarkime, delninių belaidžių įrenginių, galinčių priimti vientisus vaizdo srautus. .
Ir skirtingai nei silicis, daugelis šių sudėtinių puslaidininkių gali skleisti šviesos pluoštus, kai jiems tiekiama tik šiek tiek elektros srovės. Tai leidžia naudoti kietojo kūno lazerius, kurie gali nuskaityti mažas informacijos dalis, tankiai supakuotas kompaktiniame arba DVD diske. Didelės spartos optinio ryšio tinklai taip pat priklauso nuo sudėtinių puslaidininkių, skirtų optinei informacijai paversti elektroninę informaciją, ir atvirkščiai, tūkstančiuose vietų, kur optiniai pluoštai susitinka su elektroniniais jungikliais ir kompiuteriais.
Tačiau dėl to paties sudėtingumo, dėl kurio sudėtiniai puslaidininkiai yra tokie naudingi, jie taip pat tampa trapūs, sunkiai sintezuojami, sunkiai integruojami su kitomis medžiagomis ir labai brangūs. Šiuo metu 15 centimetrų galio arsenido plokštelė kainuoja apie 300 USD, o 20 centimetrų silicio plokštelė gali kainuoti apie dešimtadalį. Ramdani proveržis apima būdą, kaip ant standartinio silicio plokštelės nusodinti galio arsenido patiną. Viršutinis galio arsenido sluoksnis suteikia visas unikalias tos medžiagos galimybes, tačiau uždėjus jį ant silicio pagrindo jį daug lengviau tvarkyti ir pagaminti pigiau.
Iš pirmo žvilgsnio procedūra skamba taip paprasta, kaip žemės riešutų sviesto užtepimas ant duonos riekės. Tačiau praktiškai tai yra daug sudėtingiau. Fitzgeraldo teigimu, pagrindinė problema yra ta, kad pagrindinės silicio ir galio arsenido kristalinės struktūros yra tokios skirtingos, kad sluoksniavimas vienas ant kito yra tarsi greipfrutų sukrovimas ant apelsinų lovos. Jūs gaunate netinkamų ir papildomų erdvių, sako Fitzgeraldas. Šie kristalo defektai linkę sugriebti elektronus, sutrikdydami puslaidininkių įtaisų funkcijas.
Iki šiol neatitikimo problema nugalėjo beveik visus, kurie kada nors bandė pagaminti galio arsenido ant silicio plokšteles. Tai padeda paaiškinti, kodėl daugelis tyrėjų iš tokių kompanijų kaip IBM ir puslaidininkių technologijų startuolis AmberWave Systems of Salem, NH, taiko alternatyvų požiūrį į universalesnius ir galingesnius puslaidininkius: koreguoja silicį taip, kad jis elgtųsi taip, kaip įmantresni puslaidininkiai. Tokiu būdu jie gauna naudos iš 50 metų senumo silicio gamybos technologijos infrastruktūros ir vis tiek priartėja prie sudėtinių puslaidininkių našumo.
„AmberWave Systems“, kurią įkūrė MIT Fitzgeraldas, sukūrė įtempto silicio kristalo formą, kurioje elektronai juda greičiau nei įprastame silicyje. Dėl šios medžiagos įmanomi greitesni tranzistoriai, o tai reiškia, pavyzdžiui, aukštesnio dažnio radijo signalų procesorius. Tyrėjai augina silicio ir germanio lydinio sluoksnį ant silicio plokštelės, o po to lydinį padengia plonu silicio sluoksniu. Kadangi atstumai tarp atomų silicio-germanio kristale yra didesni nei silicio, silicio atomai viršutiniame sluoksnyje turi išsitempti, kad atitiktų tarpus tarp atomų žemiau esančiame silicio-germanio kristale. Kai silicio atomai yra toliau vienas nuo kito, elektronai juda laisviau, taigi ir greičiau.
Tiesą sakant, ši nedidelė kristalų inžinerijos dalis davė pavyzdžių, kuriuose elektronai juda iki 80 procentų greičiau nei įprastose silicio plokštelėse. Per ateinančius metus „AmberWave“ tikisi, kad iš šios medžiagos pagaminti įrenginiai pateks į rinką, pavyzdžiui, mikroprocesoriai arba signalą stiprinantys lustai mobiliuosiuose telefonuose.
Superčipas Ingridientai
 | |||||||||||||||
| „Motorola“ mokslininkai svajoja vieną dieną pagaminti daugiafunkcinius lustus (aukščiau) su integruotais optiniais ir belaidžiais įrenginiais, pagamintais iš galio arsenido, ir mikroprocesorių, išskaptuotą iš atviro silicio pagrindo. Įmonė tikisi įgyvendinti šią svajonę su savo nauja technologija. Vidinis sluoksnis, sudarytas iš silicio dioksido ir stroncio titanato, sudaro molekulinį tiltą tarp skirtingų kristalų dydžių silicio ir galio arsenido. (Iliustracija Slim Films) Atostogų vizijos Pakeitus silicį, tai galėtų būti greitesnė, tačiau optinėms galimybėms vis tiek reikia sudėtinių puslaidininkių. Nors daugelis tyrėjų bando gaminti sudėtinius puslaidininkius ant silicio, „Motorola“ mano, kad ji turi pranašumą lenktynėse dėl šios technologijos komercializavimo – tiek Ramdani, tiek įmonės nusistovėjusios gamybos ir rinkodaros infrastruktūros dėka. Ramdanio proveržio istorija iš tikrųjų prasideda likus mažiausiai metams iki jo lemtingų atostogų Ispanijoje. Ramdani buvo „Motorola“ tyrimų grupės, bandančios greičiau pagaminti silicį, dalis, kai atsitiktinai atrado galio arsenido ant silicio projektą. Tuo metu jis ir jo kolegos sutelkė dėmesį į ploną stiklinį silicio dioksido sluoksnį, kuris susidaro ant silicio, kai jį veikia deguonis apdorojant lustą. Šis sluoksnis, žinomas kaip dielektrikas, yra gyvybiškai svarbus lusto komponentas, nes jis leidžia vienam tranzistoriui valdyti kito elektrinę būseną ir neleidžia elektronams nutekėti tarp jų. Tačiau tranzistoriams mažėjant ir šiam sluoksniui plonėjant, jis labiau linkęs nutekėti elektronams. Norėdami išspręsti šią problemą, Ramdani ir jo kolegos Ravi Droopad ir Jimmy Yu eksperimentavo su alternatyva silicio dioksidui-stroncio titanatui, kuri galėtų pagerinti silicio lustų veikimą. Tačiau Motorola tyrėjams ant silicio paviršiaus nusodinant bitės kvapo vertės stroncio titanato, susidarė tarpinis silicio dioksido sluoksnis. Tai buvo tarsi netyčia uždengti langą juodų dažų sluoksniu, kai norėjosi tik šiek tiek atspalvinti. Ir tada Ramdani aplankė tą Ispanijos paplūdimį. Atsipalaiduodamas ant smėlio jis suprato, kad silicio dioksido sluoksnis kartu su stroncio titanatu gali atlikti daug didesnį tikslą, nei jis iš pradžių įsivaizdavo: tarpiniai sluoksniai, kurie, įterpti tarp silicio ir galio arsenido, gali suderinti kristalų neatitikimą. du puslaidininkiai. Taip yra todėl, kad atstumai tarp atomų stroncio titanate, kai jie yra ant po juo susidarančio silicio dioksido sluoksnio, yra ilgesni nei esantys silicyje, bet trumpesni nei galio arsenido. Tiesą sakant, tai yra silicio dioksidas, dėl kurio stroncio titanato atomai visiškai atsipalaiduoja ir įgauna konfigūraciją, labiau atitinkančią aukščiau pateiktų galio arsenido atomų konfigūraciją. Per kelias dienas po grįžimo iš atostogų Ramdani ir jo inžinierių komanda sugebėjo išauginti galio arsenidą ant silicio naudojant šiuos tarpinius sluoksnius. (žr. Superchip ingredientai) . Sudedamosios palūkanos „Motorola“ tyrėjams ateinančiais metais tobulinant savo technologijas ir mokantis ant silicio auginti kitus sudėtinius puslaidininkius, galimas medžiagos pritaikymas turėtų plėstis. Ramdani ir jo kolegų nuomone, tokio paties tipo vidinis sluoksnis, kurį jie naudoja galio arsenidui su siliciu sujungti, galėtų būti naudojamas indžio fosfidui arba bet kokiam skaičiui kitų didelio našumo sudėtinių puslaidininkių auginti ant to paties nebrangaus silicio substrato. Kiekvienas iš šių sudėtinių puslaidininkių turi savo charakterį – savo greitį ir šviesą skleidžiančias savybes. Dėl tokios technologijos taip pat gali atsirasti naujų įrenginių ar taikomųjų programų, kurios anksčiau nebuvo ekonomiškos. Pavyzdžiui, pigūs didelio našumo lustų šaltiniai gali padėti dizaineriams lengviau prijungti buitinę techniką belaidžiu ryšiu ir prijungti juos prie interneto. Skalbimo mašinų, tiesiogiai bendraujančių su aptarnavimo centrais, vizijas, kai jos važiuoja ant fritz ar šaldytuvų, kurie kviečia maisto užsakymus į prekybos centrą, gali tapti pigiau įgyvendinami, jei ne labiau pageidautina. Įperkami šviesą skleidžiantys ir šviesos aptikimo lustai gali pakeisti šviesolaidinių jungčių, skirtų tiesiogiai prijungti namų kompiuterius, vaizdo kameras ir kitus buitinius prietaisus prie interneto, ekonomiką. Be to, lustų gamintojai, tokie kaip „Motorola“ ir „AmberWave Systems“, dalijasi ta pačia ilgalaike techno svajone – „viskas viename“ plokštele. Šioje vizijoje sudėtiniai puslaidininkiai yra ne tik sluoksniuojami ant silicio pagrindo, bet ir skirtingi puslaidininkiai yra integruoti į lustą. Jei galime užauginti ploną galio arsenido plėvelę ant silicio plokštelių, tai galbūt galime pasirinktinai išauginti galio arsenido salas ant silicio, sako Charlesas Huangas, Anadigics, lustų gamybos įmonės, įsikūrusios Vorene, NJ, vienas įkūrėjų ir vyriausiasis techninis pareigūnas. . Kiekviena sala turėtų savo funkciją, pavyzdžiui, siųsti ir gauti pranešimus belaidžiu būdu arba optiškai perduoti duomenis išoriniam pasauliui. Tačiau didžioji dalis silicio būtų prieinama faktiniam duomenų skaičiavimui arba saugojimui. Tokie daugialypiai lustai, pavyzdžiui, galėtų optiškai perkelti duomenis aplink mikroprocesorių. Šiuo metu kompiuteryje duomenys elektroniniu būdu juda tiek lustuose, tiek tarp lustų, tarkime, tarp mikroprocesoriaus ir atminties lusto per mažyčius laidus, kurie lėtina viską. Ramdani sako, kad laidai yra tikra kompiuterių kliūtis. Jei kiekvienas silicio lustas būtų aprūpintas atskirais lazeriais, pagamintais iš sudėtinių puslaidininkių, skirtų duomenims perkelti, tokie lustai veiktų greičiau patys ir galėtų greičiau keistis didesniais duomenų kiekiais su kitais lustais. Dar per anksti atmesti galimybę, kad dėl tam tikrų slypinčių nesklandumų vis didėjančios „Motorola“ investicijos į naująją technologiją pateks į daugybę gerų, nesėkmingų bandymų. Žinoma, yra nemažai skeptikų, kurie vis dar nėra įsitikinę, kad bendrovės superlustas kada nors pateisins jos ažiotažą. Nepaisant to, per trejus metus nuo pirminio Ramdani epifanijos pradžios „Motorola“ vis labiau įsipareigojo užtikrinti, kad technologija išpildytų daugybę pažadų, atsikratydama savo finansinės ir techninės svarbos. Iš tiesų, Ramdani jaudulys dėl proveržio toli gražu neblėsta. Kaip aš matau, ši technologija pakeis puslaidininkių pramonę, sako jis. Tai leis mums daryti tai, apie ką prieš 20 metų galėjome tik svajoti. Siurbiamas silicis Įmonių, peržengiančių puslaidininkinių medžiagų ribas, pavyzdys
|