Кремний и нитрид галлия продлят действие закона Мура 04.11.2009

Высказанное в далёком 1965 г. соображение Гордона Мура, несмотря на многочисленные пессимистичные прогнозы, до сих пор остаётся в силе. Согласно правилу одного из основателей компании Intel, число транзисторов интегральных микросхем будет увеличиваться каждые два года, означая одновременно повышение и функциональности ИС, и их производительности. Пока инженерам удавалось поддерживать столь стремительное развитие микроэлектронных устройств, причём используя для этого, в основном, полупроводниковый кремний. Но бесконечная миниатюризация кремниевых микросхем невозможна, – уже сегодня инженеры близки к теоретическому пределу миниатюризации кремниевой электроники, и необходимо искать замену этому популярному полупроводнику.

Разумеется, претенденты на роль замены кремнию уже существуют, однако подавляющее большинство из них пока остаются на стадии лабораторных экспериментов (например, транзисторы на основе углеродных нанотрубок и пр.). Более того, для серийного изготовления кардинально новых интегральных микросхем необходимо полностью заменить парк технологического оборудования, стоимость которого даже в масштабах одного предприятия может составлять миллиарды долларов США. Это означает, что необходимо найти такую замену кремнию, которая бы позволила практически безболезненно для чипмейкеров перейти на применение новой технологии изготовления микросхем.

Возможное решение описанной выше проблемы может дать идея сотрудников Массачусетского технологического университета (MIT), которые предложили вариант изготовления гибридных интегральных микросхем, основанный на применении двух полупроводниковых материалов с различными характеристиками. В качестве наиболее перспективного называется использование нитрида галлия совместно с кремниевой пластиной. С одной стороны, нитрид галлия обладает уникальными электронными свойствами, позволяющими создавать высокоскоростные интегральные микросхемы, с другой, использование кремния как основы делает такую технологию совместимой с современным производственным оборудованием.

Многими исследователями и разработчиками уже выдвигалась похожая идея – использование нитрида галлия совместно с кремнием. Однако подавляющее большинство исследований касалось формирования слоя нитрида галлия на кремниевой пластине, что сопряжено с целым рядом технологических трудностей. Сотрудники университета MIT пошли по другому пути, а именно, по пути внедрения нитрида галлия непосредственно в кремниевую структуру, что вполне позволяет сделать современная технология изготовления интегральных микросхем.

Гибридные интегральные микросхемы обладают отличным потенциалом для широкомасштабного применения. Во-первых, применение нитрида галлия позволяет повысить производительность ИС и/или сделать их более экономичными. Во-вторых, что не менее важно, можно в рамках одной микросхемы объединять на кристалле разнородные компоненты, например, логические элементы и полупроводниковые лазеры. Более того, сегодня мобильные телефоны оснащаются четырьмя-пятью интегральными микросхемами различного назначения, тогда как переход на их гибридные модификации позволит объединить всю функциональность в одной ИС.

Подробный отчёт о проделанном исследовании учёные планируют опубликовать в октябрьском выпуске журнала IEEE Electron Device Letters.

Впрочем, пока инженеры успешно справляются с эволюционным развитием кремниевых интегральных микросхем, чему хорошей иллюстрацией становится прошедший в Калифорнии форум Intel IDF 2009. В ходе этого мероприятия ведущий мировой чипмейкер поведал собравшейся публике о своих планах дальнейшей миниатюризации ИС. На данный момент самой передовой технологией изготовления микропроцессоров является 32-нм техпроцесс, изготовление микросхем при помощи которого уже стартовало. На подходе более прецизионные методики изготовления ИС – 22-нм техпроцесс и даже 15-нм, которые компания Intel рассчитывает освоить в течение ближайших нескольких лет. Если планы чипмейкера не изменятся, то в 2011 г. Intel перейдет на выпуск 22-нм микросхем, а ещё через два года – к 2013 г. – будет освоен и 15-нм техпроцесс. Таким образом, за справедливость закона Мура в течение последующих пяти-шести лет можно не беспокоиться. А по прошествии указанного срока, без сомнения, инженеры подготовят технологию для изготовления ещё более миниатюрных полупроводниковых устройств. Будет ли это кремний в чистом виде, либо какие-то гибридные решения, либо кардинально новые технологии, – покажет время.

eetimes.com