0
3575
Газета Наука 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


Остров технологического суверенитета

Остров технологического суверенитета

Андрей Ваганов

Конструирование географических и геополитических фантомов заменяет государственную научно-техническую политику

0
5094
О жизни в безжизненном мире

О жизни в безжизненном мире

Владимир Кутырев

Путь вы(в, за, ис, от, пере, при, про, у)хода во Вселенную

0
4018
На дне океана обитают существа, которые останутся, даже если на поверхности планеты жизнь исчезнет

На дне океана обитают существа, которые останутся, даже если на поверхности планеты жизнь исчезнет

Иван Сапрыкин

Океанология – технологичная наука

0
1486
Бумажный носитель. Два подхода к изданию научно-популярной литературы

Бумажный носитель. Два подхода к изданию научно-популярной литературы

Андрей Ваганов

0
2542

Другие новости