0
4779
Газета Печатная версия

24.05.2022 17:49:00

Энергия запуталась в тонких слоях

Борьба за эффективность работы электронных чипов перешла на ядерный уровень

Тэги: технологии, электроника, процессор, чип, компьютер, транзистор


технологии, электроника, процессор, чип, компьютер, транзистор Монослой металла с тремя «тройными» молекулами кислорода.

Долгие 10 лет в Беркли, что в пригороде Сан-Франциско, материаловеды тамошнего университета занимались доведением до ума идеи отрицательного конденсатора (Negative Capacitance). В нем используется необычный физический эффект, позволяющий резко снизить энергозатраты, например, чипов. Кстати, суммарная потребляемая энергия всех чипов в мире сегодня сравнялась с энергией, которую потребляет весь транспорт.

В 2008 году была выявлена высокая диэлектрическая (изолирующая) константа диоксида гафния. Этот материал широко применяется и сегодня, когда чипы становятся все тоньше, миниатюрнее и требуют все больше энергии. Их главный компонент – быстродействующие переключатели (switches) транзисторов.

6-15-2480.jpg
Новый энергосберегающий транзистор,
 созданный физиками в Беркли.
Перерасход энергии, с которым более полувека боролись ученые, связан с утечкой тока при использовании стандартных MOS – металлооксидных полупроводников. Для удержания транспорта электронов и требуются мощные в пределах чипа конденсаторы. Это увеличивает расход энергии. Решение проблемы издавна виделось в «истончении» слоев при создании чипов.

В 2017 году в Беркли новый конденсатор поместили между двумя слоями оксида алюминия (Al2O3), расположенными на кремниевой подложке. Но лабораторный успех не гарантировал производственного. Поэтому решено было добавить допинг в виде окислов гафния и циркония (HfZrO2), ограничив ток пленкой нитрида титана (TiN). В качестве проводника испробовали также и обычный песок, то есть SiO2.

Еще через два года в Беркли сообщили об успешном создании ультратонкого кристалла Hf02-ZrO2, который был использован в транзисторе на основе 3D-слоев, размещенных друг над другом.

Схема нового «столпа» представляет собой верхний ферроэлектрический – проводящий – слой из трех металлов (PbZrTi). Под ним расположен диэлектрический – изолирующий – слой титаната стронция (SrTi), который и обеспечивает отрицательную конденсацию – удержание электронов, не давая им «растечься», унося энергию. Нижний металлический слой играет роль субстрата, при этом толщина его и верхнего слоя равна 6 ангстремам (0,6 нанометра), а среднего – не превышает 20 ангстрем (2 нм).

Можно напомнить, что первый транзистор, созданный Джоном Бардиным в 1948 году – за что он получил Нобелевскую премию, – был размером с ноготь мизинца, а роль транзисторов первой ЭВМ «Эниак» выполняли телевизионные трубки.

И здесь мы попадаем в область уже меж- и внутриядерных взаимодействий. Свое представление об «устройстве» ядерной материи имеют теперь и финские ученые.

6-15-3480.jpg
Протон, вырвавшийся из ядра атома лютеция
(желто-голубое).  Иллюстрации Physorg
Некогда на острове посреди полноводного потока ловили рыбу сетями-«сейнами». Цезарь в трактате «Галльские войны» назвал это место за его светлый известняк «Лютеция», то есть «Светлая» (сравните: люкс, люстра, иллюминация). Через 2000 лет после него был открыт очередной «прячущийся» от ученых лантаноид, который за его белый цвет назвали лютецием (Lu).

Операции с атомами ученые делят на расщепление (fission) и синтез (fusion). Как раз в результате процесса fusion атомов никеля и рутения в ускорителе из водорода получается гелий, а также лютеций с необычным весом 149 (масса стабильного изотопа – 175). Живет лютеций-149 всего-то 450 +/– 100 наносекунд, после чего испускает протон, превращаясь в иттербий-148 (найденный около шведского Иттерби).

Этот акт непосредственно и зафиксировали на своем ускорителе сотрудники университета в г. Йювяскюля, что к северу от Хельсинки. Ученые увидели при этом, что «беременное» протоном ядро обретает формы тыквы (pumpkin), которую использовали в названии статьи в журнале Physical Review Letters: «Ядро в форме тыквы излучает протон с рекордной скоростью».

Остается ждать новых столь же интересных сообщений с мирного ядерного фронта.


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


Единый оператор: за и против

Единый оператор: за и против

Виталий Барсуков

0
543
Константин Ремчуков: Экономический спад усиливается, а каждый пятый молодой китаец в возрасте 16-24 года безработный

Константин Ремчуков: Экономический спад усиливается, а каждый пятый молодой китаец в возрасте 16-24 года безработный

Константин Ремчуков

Мониторинг ситуации в Китайской Народной Республике по состоянию на 15.08.22

0
2186
Миф о конвергентных технологиях

Миф о конвергентных технологиях

Сергей Пястолов

У человечества есть шанс для следующего жизненного цикла, только если оно признает наличие у Природы собственной онтологии

0
1706
Константин Ремчуков: Пекин резко сворачивает дипломатическое и военное сотрудничество с США

Константин Ремчуков: Пекин резко сворачивает дипломатическое и военное сотрудничество с США

Константин Ремчуков

Мониторинг ситуации в Китайской Народной Республике по состоянию на 08.08.22

0
5969

Другие новости