Третья мировая война ведется за лидерство в нанотехнологиях

В ожесточенной мировой войне за лидерство в области, обещающей дать технологии производства мириадов невидимых глазом, но работоспособных и работающих устройств, Россия пока что хранит строгий и недальновидный нейтралитет. Тем временем НАТО начинает интеллектуальную интервенцию в СНГ.

НАТО: поход за нано

С 15 по 19 октября 2006 года в Крыму, в оздоровительно-рекреационном комплексе «Судак» на берегу Черного моря прошел очередной семинар НАТО, посвященный наномаcштабным структурам и устройствам, изготовленным по технологии полупроводник на изоляторе (SOI). Специалисты со всего света рассказали о своих успехах в области создания электронных приборов, работа которых существенно зависит от законов квантовой механики.

Успехи российских и украинских нанотехнологов выглядели более чем скромно по сравнению с достижениями их коллег из Японии, Англии, Франции и США. Нельзя сказать, чтобы отставание было полным и по всем фронтам, но по части массового производства чего-либо с размером менее 95 нм оно абсолютно объективно и заграница нам в переходе на технологию 65 нм пока помогать не собирается.

С уникальными изделиями и специальными приборами положение чуть-чуть лучше. Приятной для многих неожиданностью оказался доклад Виктора Быкова - главы российской компании НТ-МДТ, производящей разного рода сканирующие зондовые микроскопы и прочие устройства для работы с наноразмерными объектами. Сделать нечто совсем маленькое с помощью сфокусированного ионного пучка или иглы атомносилового микроскопа сегодня не проблема - проблема сделать так, чтобы это миниатюрное изделие можно было воспроизвести в количестве сотни миллионов штук.

Как шутили в кулуарах семинара, технология - это когда на выходе получаешь миллиард транзисторов, и все они работают… Современный процессор Пентиум, изготовленный по 65 нм технологии и состоящий из 1, 3 млрд. транзисторов, как раз и является таким высоко технологичным продуктом, в котором хрупкое и уникальное стало массовым и надежным.

Соглашаясь с тем, что переход на 45 нм технологию произойдет еще не скоро, все разработчики упорно исследуют структуры с характерными размерами всего десяток нанометров. Японцы, с 1997 года изучающие одноэлектронные транзисторы преуспели в их создании настолько, что начали делать логические элементы и бистабильные туннельные структуры с рабочей областью размером менее 10 нм.

Вот только кремниевые «провода», идущие к квантовой точке, пока толстоваты и все устройство оказывается существенно больше типичного транзистора, используемого в процессорах AMD или Intel.

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.