211service.com
Motorola superčips
1999. gadā atvaļinājuma laikā Spānijas piekrastē guļot pludmalē, fiziķis Džamals Ramdani piedzīvoja epifāniju. Kad smiltis atbilst viņa ķermeņa kontūrām, Ramdani, Motorola Labs pētnieks Tempē, AZ, pēkšņi izdomāja risinājumu mīklai, kas pusvadītāju nozari bija mulsinājusi 30 gadus: kā apvienot lētu silīciju ar ātrdarbīgu, gaismu izstarojoši, bet daudz dārgāki pusvadītāju materiāli, piemēram, gallija arsenīds, visi uz vienas plāksnes.
Tā kā materiāli nav fiziski saskaņoti, slāņošana vienu virs otras, lai iegūtu mikroshēmu ar optimālām elektroniskām un optiskām īpašībām, ir praktiski neiespējama. Iespējams, ka tās bija smiltis šajā Spānijas pludmalē, kas ir izgatavotas no tā paša minerāla, no kura iegūtas silīcija vafeles, un Ramdani sniedza galveno mājienu. Jebkurā gadījumā, atceras Ramdani, es atgriezos Fīniksā, aizņēmos mašīnu salikto pusvadītāju audzēšanai, un divos vai trijos kadros mums bija gallija arsenīds, kas sēdēja uz silīcija.
Motorola vadītāji nezaudēja gallija arsenīda funkcionalitātes priekšrocības, jo īpaši tā spēju apstrādāt bezvadu sakarus un izstarot gaismu uz lētas silīcija mikroshēmas. Augstas veiktspējas mikroshēmas, kas izgatavotas no gallija arsenīda un citiem tā sauktajiem saliktajiem pusvadītājiem, tiek plaši izmantotas visās jomās, sākot no mobilajiem tālruņiem līdz slēdžiem optiskos sakaru tīklos. Vismaz Ramdani izgudrojums varētu nozīmēt šo dārgo mikroshēmu aizstāšanu ar daudz lētākām gallija arsenīda uz silīcija mikroshēmām. Divu gadu laikā kopš Ramdani izrāviena Motorola ir iesniegusi vairāk nekā 300 patentu par šo tehnoloģiju; Pagājušā gada rudenī uzņēmums izmantoja Ramdani metodi, lai izveidotu mikroshēmu prototipu signālu pastiprināšanai mobilajos tālruņos. Lai komercializētu jauno materiālu, Motorola ir izveidojusi pilnībā piederošu meitasuzņēmumu Thoughtbeam Ostinā, Teksasā, un solot, ka jaunie materiāli nonāks elektroniskajās un optiskajās ierīcēs nākamo divu gadu laikā.
Motorola mikroshēmu tehnoloģijas ietekme varētu būt daudz plašāka nekā lētāki mobilie tālruņi vai optiskās ierīces. Šodien, ja vēlaties ātru, lētu mikroprocesoru, jums ir nepieciešama silīcija mikroshēma; ja vēlaties, lai mikroshēma apstrādātu optiskās funkcijas vai augstfrekvences radio signālus, jums ir nepieciešami salikti pusvadītāji, piemēram, gallija arsenīds vai indija fosfīds. Tā rezultātā tādām iekārtām kā mobilie tālruņi un sakaru tīkla slēdži ir vajadzīgas vairākas pusvadītāju ierīces. Galu galā, prognozē daži eksperti, Motorola tehnoloģija varētu ļaut integrēt gallija arsenīda un silīcija funkcijas vienā mikroshēmā, izmantojot katru materiālu tam, kas tam ir vislabākais. Rezultāts būtu superčips. Tā vietā, lai DVD atskaņotājā būtu vairākas mikroshēmas, kas veic dažādus uzdevumus, ģenerējot gaismu, lai lasītu disku, izmantotu skatītāju ievadi, atšifrētu digitālos datus attēlos un skaņā — viena mikroshēma varētu tikt galā ar visu.
Pusvadītāju nozare ir sapņojusi par šādu supershēmu gadu desmitiem, un vairāki pētnieki aktīvi īsteno šo sapni. Piemēram, Eugene Fitzgerald, materiālu zinātnieks MIT, ir strādājis pie problēmas vairāk nekā desmit gadus un ir publicējis aprakstus par savu paņēmienu gallija arsenīda audzēšanai uz silīcija. Viņš un daudzi citi skeptiķi apšauba, vai Motorola tehnoloģija izrādīsies grand slam. Ik pēc dažiem gadiem ir tā sauktais risinājums, taču, rūpīgāk izpētot, jūs redzat, ka tas nemaz nav, saka Ficdžeralds.
Tomēr citi ir tik pārsteigti par Ramdani izrāviena potenciālu, ka viņi uzskata, ka tehnoloģija varētu būtiski mainīt mikroshēmu ražošanas biznesa dinamiku, beidzot pārvarēt materiālu plaisu starp silīciju un saliktajiem pusvadītājiem, kas ir kļuvis par fundamentālu faktu šajā nozarē. Pēc Cahners In-Stat Group pusvadītāju pētniecības pakalpojumu direktora un galvenā analītiķa Stīva Kalena domām, Motorola attīstība varētu ieiet vēsturē kā nozīmīgs pagrieziena punkts pusvadītāju nozarē.
Silīcija brālēni
Silīcijs ir izvēles materiāls lielākajai daļai mikroshēmu, ko izmanto mikroapstrādes lietojumprogrammās; ar to ir viegli rīkoties, un ražotāji ir iemācījušies tajā iestrādāt sīkās shēmas, kas padara iespējamus mūsdienu ātrus un lētus datorus. Bet, neskatoties uz visu savu slavenību, silīcijs nevar līdzināties dārgāku pusvadītāju, piemēram, gallija arsenīda un indija fosfīda, bezvadu un optiskajām iespējām.
Šos materiālus sauc par saliktiem pusvadītājiem, jo to kristāli, atšķirībā no silīcija, sastāv no vairāk nekā viena elementa. Šis sarežģītākais sastāvs bieži vien viņiem piešķir vēlamas fiziskās īpašības. Piemēram, tā kā elektroni pārvietojas ātrāk daudzos saliktos pusvadītājos, materiāli var apstrādāt augstākas frekvences radio signālus un līdz ar to arī lielākus datu apjomus, kas ir tieši tas, kas jums nepieciešams, ja vēlaties, piemēram, rokas bezvadu ierīces, kas var uztvert nevainojamas video straumes. .
Un atšķirībā no silīcija, daudzi no šiem saliktajiem pusvadītājiem var izstarot gaismas starus, ja tiem tiek barots tikai nedaudz elektriskās strāvas. Tas padara iespējamus cietvielu lāzerus, kas var nolasīt mazos informācijas bitus, kas blīvi iesaiņoti kompaktdiskā vai DVD. Ātrgaitas optisko sakaru tīkli arī paļaujas uz saliktiem pusvadītājiem, lai optisko informāciju pārveidotu elektroniskā informācijā, un otrādi, tūkstošiem vietu, kur optiskās šķiedras saskaras ar elektroniskajiem slēdžiem un datoriem.
Tomēr tā pati sarežģītība, kas padara saliktos pusvadītājus tik noderīgus, padara tos trauslus, grūti sintezējamus, grūti integrējamus ar citiem materiāliem un ļoti dārgus. Šobrīd 15 centimetrus gara gallija arsenīda vafele maksā aptuveni 300 dolārus, bet 20 centimetru silīcija vafele var maksāt aptuveni desmito daļu. Ramdani izrāviens ietver veidu, kā uz standarta silīcija plāksnītes uzklāt gallija arsenīda patīnu. Gallija arsenīda augšējais slānis nodrošina visas šī materiāla unikālās iespējas, taču, uzliekot to uz silīcija substrāta, tas ievērojami atvieglo apstrādi un padara to lētāku.
No pirmā acu uzmetiena šī procedūra izklausās tikpat vienkārša kā zemesriekstu sviesta smērēšana uz maizes šķēles. Bet praksē tas ir daudz sarežģītāk. Galvenā problēma, saka Ficdžeralds, ir tāda, ka silīcija un gallija arsenīda pamatā esošās kristāliskās struktūras ir tik atšķirīgas, ka slāņošana vienu virs otras ir kā greipfrūtu sakraušana uz apelsīnu gultas. Ficdžeralds saka, ka jūs saņemat neatbilstības un papildu vietas. Šie kristāla defekti mēdz aizķert elektronus, izjaucot pusvadītāju ierīču funkcijas.
Līdz šim neatbilstības problēma ir pārvarējusi gandrīz visus, kas jebkad ir mēģinājuši izgatavot gallija-arsenīda uz silīcija vafeles. Tas palīdz izskaidrot, kāpēc daudzi pētnieki no tādiem uzņēmumiem kā IBM un pusvadītāju tehnoloģiju jaunuzņēmums AmberWave Systems of Salem, NH, izmanto alternatīvu pieeju daudzpusīgākiem un jaudīgākiem pusvadītājiem: silīciju pielāgo tā, lai tas darbotos vairāk kā saviem mīļākajiem brālēniem. Tādā veidā viņi gūst izmaksu priekšrocības, izmantojot 50 gadus veco silīcija ražošanas tehnoloģiju infrastruktūru, taču joprojām tuvojas salikto pusvadītāju veiktspējai.
Uzņēmums AmberWave Systems, kuru līdzdibināja MIT Fitzgerald, ir izstrādājis sasprindzināta silīcija kristāla formu, kurā elektroni pārvietojas ātrāk nekā parastajā silīcijā. Materiāls padara iespējamus ātrākus tranzistorus, un tas nozīmē, piemēram, augstākas frekvences radio signālu procesorus. Pētnieki audzē silīcija-germānija sakausējuma slāni uz silīcija vafeles un pēc tam pārklāj sakausējumu ar plānu silīcija kārtu. Tā kā attālumi starp atomiem silīcija-germānija kristālā ir garāki nekā silīcijā, silīcija atomiem augšējā slānī ir jāizstiepjas, lai tie atbilstu atstarpēm starp atomiem zemāk esošajā silīcija-germānija. Kad silīcija atomi atrodas tālāk viens no otra, elektroni pārvietojas brīvāk, tātad ātrāk.
Faktiski šī nelielā kristāla inženierijas daļa ir devusi paraugus, kuros elektroni pārvietojas līdz pat 80 procentiem ātrāk nekā parastajās silīcija plāksnēs. Nākamā gada laikā AmberWave cer, ka no šī materiāla izgatavotās ierīces nonāks tirgū, piemēram, mikroprocesori vai signālu pastiprinošas mikroshēmas mobilajos tālruņos.
Superčips Sastāvdaļas
 | |||||||||||||||
| Motorola pētnieki sapņo kādu dienu izgatavot daudzfunkcionālas mikroshēmas (iepriekš) ar iebūvētām optiskām un bezvadu ierīcēm, kas izgatavotas no gallija arsenīda, un mikroprocesoru, kas izgriezts no atklātā silīcija substrāta. Uzņēmums cer īstenot šo sapni ar savu jauno tehnoloģiju. Iekšējais slānis, kas sastāv no silīcija dioksīda un stroncija titanāta, nodrošina molekulāro tiltu starp dažāda izmēra silīcija un gallija arsenīda kristāliem. (Slim Films ilustrācija) Atvaļinājuma vīzijas Silīcija pielāgošana varētu padarīt to ātrāku, taču optiskajām iespējām jums joprojām ir nepieciešami salikti pusvadītāji. Kamēr vairāki pētnieki mēģina audzēt saliktos pusvadītājus uz silīcija, Motorola uzskata, ka tai ir panākumi cīņā par tehnoloģiju komercializāciju, pateicoties gan Ramdani, gan uzņēmuma labi izveidotajai ražošanas un mārketinga infrastruktūrai. Ramdani izrāviena vēsture patiesībā sākas vismaz gadu pirms viņa liktenīgās Spānijas atvaļinājuma. Ramdani bija daļa no Motorola pētniecības grupas, kas mēģināja ātrāk ražot silīciju, kad viņš nejauši atklāja, kas noveda pie projekta gallija-arsenīda uz silīcija. Tajā laikā viņš un viņa kolēģi koncentrējās uz plānu, stiklveida silīcija dioksīda slāni, kas veidojas virs silīcija, kad tas tiek pakļauts skābeklim mikroshēmu apstrādes laikā. Šis slānis, kas pazīstams kā dielektriķis, ir svarīga mikroshēmas sastāvdaļa, jo tas ļauj vienam tranzistoram kontrolēt cita elektrisko stāvokli, vienlaikus novēršot elektronu noplūdi starp tiem. Bet, tā kā tranzistori kļūst mazāki un šis slānis kļūst plānāks, tas kļūst vairāk pakļauts elektronu noplūdei. Lai atrisinātu šo problēmu, Ramdani un viņa kolēģi Ravi Droopad un Jimmy Yu eksperimentēja ar silīcija dioksīda-stroncija titanāta alternatīvu, kas varētu uzlabot silīcija mikroshēmu veiktspēju. Tomēr, kad Motorola pētnieki uz silīcija virsmas nogulsnēja bites elpas vērtu stroncija titanātu, izveidojās silīcija dioksīda slānis. Tas bija kā netīšām aizklāt logu ar melnas krāsas kārtu, kad viss, ko vēlējās darīt, bija to nedaudz ietonēt. Un tad Ramdani apmeklēja Spānijas pludmali. Atpūšoties smiltīs, viņš saprata, ka silīcija dioksīda slānis kopā ar stroncija titanātu varētu kalpot daudz lielākam mērķim, nekā viņš sākotnēji bija iedomājies: starpslāņi, kas, iestiprināti starp silīciju un gallija arsenīdu, varētu izlīdzināt kristālisko neatbilstību starp. divi pusvadītāji. Tas ir tāpēc, ka attālumi starp atomiem stroncija titanātā, kad tie atrodas virs silīcija dioksīda slāņa, kas veidojas zem tā, ir garāki nekā silīcijā, bet īsāki nekā gallija arsenīda atomiem. Faktiski tas ir silīcija dioksīds, kas izraisa stroncija titanāta atomu pilnīgu atslābināšanos un iegūst konfigurāciju, kas vairāk atbilst gallija arsenīda atomu konfigurācijai. Dažu dienu laikā pēc atgriešanās no atvaļinājuma Ramdani un viņa inženieru komandai izdevās audzēt gallija arsenīdu uz silīcija, izmantojot šos starpslāņus. (skatīt Superčipa sastāvdaļas) . Procentu apvienošana Tā kā Motorola pētnieki nākamajos gados uzlabos savu tehnoloģiju un mācās audzēt citus saliktos pusvadītājus virsū silīcijam, materiāla potenciālajiem pielietojumiem vajadzētu turpināt paplašināties. Kā redz Ramdani un viņa kolēģi, tāda paša veida iekšējo slāni, ko viņi izmanto, lai savienotu gallija arsenīdu ar silīciju, varētu izmantot, lai audzētu indija fosfīdu vai jebkuru citu augstas veiktspējas savienojumu pusvadītāju uz tā paša lēta silīcija substrāta. Katram no šiem saliktajiem pusvadītājiem ir sava personība — savs ātrums un gaismu izstarojošās īpašības. Šāda tehnoloģija varētu arī radīt jaunus ierīču vai lietojumprogrammu veidus, kas iepriekš nebija rentabli. Piemēram, lēti augstas veiktspējas mikroshēmu avoti varētu atvieglot dizaineriem pievienot sadzīves tehnikai bezvadu sakarus un savienot tās ar internetu. Vīzijas par veļasmašīnām, kas tieši sazinās ar servisa centriem, kad tās dodas uz friti vai ledusskapjiem, kas izsauc pārtikas pasūtījumus lielveikalā, varētu kļūt lētākas, ja ne vēlamākas. Pieejamākas gaismas izstarojošas un gaismas noteikšanas mikroshēmas varētu mainīt optisko šķiedru saišu ekonomiku, lai tieši savienotu mājas datorus, videokameras un citus sadzīves sīkrīkus ar internetu. Turklāt mikroshēmu ražotājiem, piemēram, Motorola un AmberWave Systems, ir viens un tas pats ilgtermiņa tehniskais sapnis — viss vienā. Šajā redzējumā salikti pusvadītāji nav tikai uzklāti uz silīcija substrāta, bet dažādie pusvadītāji ir integrēti kopā mikroshēmā. Ja mēs varam uzaudzēt plānu gallija arsenīda kārtiņu virs silīcija plāksnītēm, tad varbūt mēs varam selektīvi audzēt gallija arsenīda salas uz silīcija, saka Čārlzs Huangs, Anadigics, mikroshēmu ražošanas uzņēmuma Vorenā, Ņūdžersijā, līdzdibinātājs un galvenais tehniskais vadītājs. . Katrai salai būtu sava funkcija, piemēram, ziņojumu sūtīšana un saņemšana bezvadu režīmā vai datu optiska pārsūtīšana uz ārpasauli. Tomēr lielākā daļa silīcija būtu pieejama faktiskai datu skaitļošanai vai glabāšanai. Šādas daudztalantīgas mikroshēmas, piemēram, spētu optiski pārvietot datus ap mikroprocesoru. Datorā dati pašlaik elektroniski pārvietojas gan mikroshēmās, gan starp mikroshēmām, piemēram, starp mikroprocesoru un atmiņas mikroshēmu, izmantojot sīkus vadus, kas visu palēnina. Vadi ir īsts datoru sašaurinājums, saka Ramdani. Ja katrai silīcija mikroshēmai būtu savi iebūvēti lāzeri, kas izgatavoti no saliktiem pusvadītājiem datu pārvietošanai, šādas mikroshēmas darbotos ātrāk pašas un spētu ātrāk tirgot lielākus datu apjomus ar citām mikroshēmām. Ir pāragri izslēgt iespēju, ka kāda slēpta kļūme nosūtīs Motorola pieaugošos ieguldījumus jaunajā tehnoloģijā daudzos labos mēģinājumos, kas ir bijuši slikti. Noteikti ir vairāki skeptiķi, kas joprojām nav pārliecināti, ka uzņēmuma superčips jebkad attaisnos tās ažiotāžu. Tomēr trīs gadu laikā kopš Ramdani sākotnējās svinības Motorola ir arvien vairāk apņēmusies nodrošināt, lai tehnoloģija pildītu savus daudzos solījumus, atstājot savu ievērojamo finansiālo un tehnisko nozīmi. Patiešām, Ramdani satraukums par izrāvienu nebūt nav mazinājies. Pēc manām domām, šī tehnoloģija radīs revolūciju pusvadītāju nozarē, viņš saka. Tas ļaus mums darīt lietas, par kurām pirms 20 gadiem varējām tikai sapņot. Silīcija sūknēšana Uzņēmumu paraugs, kas pārkāpj pusvadītāju materiālu robežas
|