Статья только в электронной версии журнала
ТЕХНОЛОГИИ
В начале декабря корпорация IBM последней из крупных изготовителей процессоров анонсировала новую конструкцию транзистора, призванную повысить производительность микросхем и снизить их энергопотребление.
Несколькими днями ранее заявление об аналогичном исследовательском проекте сделала корпорация Intel. Ведущие производители микропроцессоров представили эти инициативы - каждый свою - на прошедшей в Вашингтоне международной конференции по микроэлектронным устройствам.
Исследователи из IBM уверяют, что их полевой транзистор с двойным затвором - электронный ключ микроскопических размеров, являющийся главным элементом любой интегральной микросхемы, - окажется компактнее транзисторов обычной конструкции, а работать будет вдвое быстрее.
Уменьшение размеров транзистора - один из основных методов повышения производительности микропроцессоров. Сегодня на одном кристалле размещаются десятки миллионов таких электронных ключей. Однако с уменьшением размеров до величин, ранее казавшихся невообразимыми, - около 0,06 мкм (для сравнения: толщина человеческого волоса - около 50 мкм) - транзисторы традиционной конструкции приблизились к физическим пределам миниатюризации.
“Если не считать уменьшения размеров, то транзистор не претерпел за прошедшие десятилетия никаких изменений, - комментирует вице-президент фирмы IBM Microelectronics (Ист-Фишкилл, шт. Нью-Йорк) по разработке полупроводниковых приборов Биджан Давари. - Сегодня его уменьшили уже до такой степени, что еще чуть-чуть и он не сможет работать”.
Несмотря на последние достижения, о которых говорили представители IBM и Intel, по мнению специалистов, на пути создания более быстрых кристаллов все еще остается ряд серьезных препятствий.
“С уменьшением размеров возрастает риск электрического пробоя - от слишком высокого напряжения изоляционный слой просто прогорает”, - пояснил аналитик из корпорации Semico Research (Финикс, шт. Аризона) Тони Массимини. Кроме того, по его же словам, добавление в конструкцию специальных изоляционных материалов “совершенно меняет химию технологических процессов, а также электрические параметры и характеристики полупроводниковых приборов”, что порождает новые проблемы.
Крупное препятствие на пути создания более миниатюрных транзисторов - необходимость принять меры против утечки электрических зарядов. С уменьшением размеров элементов значение этой проблемы быстро растет. Утечки энергии приводят к росту ее потребления процессорами, а следовательно, к увеличению тепловыделения. Еще несколько лет развития на основе существующих топологий, и в микропроцессорах будут плавиться металлы.
Для решения проблемы разработчики IBM предлагают использовать SOI (silicon on insulator - кремний на диэлектрической подложке). Этот подход уже применяется в производстве микропроцессоров, обеспечивая лучшую электрическую развязку компонентов и уменьшение токов утечки. Затвор транзистора управляет потоком электронов через канал. По мере уменьшения размеров транзисторов становится все труднее обеспечить эффективную коммутацию тока с помощью одного затвора.
В разработанном IBM транзисторе новой конструкции канал окружен двумя затворами, что позволяет вдвое повысить эффективность управления током и, как следствие, строить значительно более миниатюрные, более быстродействующие и потребляющие меньше энергии схемы.
