Нанотехнологии

Неужели эти операции нельзя упростить и убыстрить? Представьте, что у вас есть возможность создавать маски без использования источников света и связанных с этим ограничений. Пусть микроскопические машины сами по заданной программе открывают и закрывают участки схемы, предназначенные для напыления или травления. Разумеется, легко сообразить, что важнейшим недостатком такой машины станет скопление «отходов» на выходе, снижающих чистоту процессов напыления, однако ничто не мешает нам создать сложную трехмерную структуру с трубками, контейнерами и клапанами (все это должно иметь, разумеется, крошечные размеры!), способными обеспечить подачу или удаление требуемых веществ. Такой агрегат, с автоматической регулировкой расхода веществ, сможет двигаться вдоль поверхности кристалла, заливая ее микроскопическими «струями» материалов и создавая заданную программой трехмерную электронную схему. Наращивая последовательно слои структуры, мы можем получать любые трехмерные полупроводниковые устройства и приборы.

Я напомню, что почти все современные кремниевые структуры являются плоскими, то есть двухмерными. Они содержат обычно всего несколько слоев, но даже это создает большие сложности при монтаже. Каждый электронщик знает о так называемом эмпирическом законе Рента, в соответствии с которым число соединений и проводов возрастает по степенному закону (с показателем около 2,5) с числом элементов, входящих в состав устройства. Современная техника позволяет размещать огромное количество устройств и элементов даже на крошечных поверхностях кремниевых чипов, однако плотность монтажа (число необходимых соединений) нарастает столь стремительно, что превращается в серьезнейшую техническую проблему. В шутку можно сказать, что скоро мы будем создавать на чипах одни соединительные сети, так что не останется места для самих транзисторов и других устройств.

С проблемой размещения и соединения нескольких электрических цепей на одной плоскости постоянно сталкиваются электронщики и инженеры, которым приходится в каждом отдельном случае решать сложнейшие задачи монтажа. Переход к трехмерным структурам сразу позволяет избавиться от проблемы соединения элементов, так как провода могут располагаться в пространстве между слоями (как я говорил, внизу полным-полно места!). Я совершенно уверен, что полупроводниковая техника уже в ближайшие годы перейдет к трехмерному монтажу. Кстати, для этого необязательно применять именно предлагаемые мною фантастические и сумасшедшие микромашины, поскольку наверняка можно придумать и другие технологические приемы, позволяющие создавать многослойные (сотни или тысячи слоев!) полупроводниковые структуры.

Таким образом, у нас возникает реальная потребность и возможность создавать микроскопические машины с трубками и клапанами, работающие в очень малых масштабах. Разумеется, мы приступим к их производству лишь после того, как убедимся в их практической ценности, но потом мы сможем использовать их и для других целей, включая изготовление других машин.

До сих пор я говорил лишь о машинах, внутри которых есть движущиеся части или детали (сверла, клапаны и т. п.), которые могут работать по заданной программе в требуемых местах схемы, однако ничто, в принципе, не мешает задуматься о возможности создания подвижных микроустройств. Например, они могут двигаться вдоль поверхности, вдоль заранее созданных щелей и закрепляться в заданных точках посредством шарниров, стержней и т. п. Вполне можно придумать Т-образные щели или пазы, позволяющие машинам при необходимости скользить над поверхностью или приподниматься над нужными участками. Возможно, проблему движения удастся легко решить за счет использования «колес» или простого скольжения.

20.5. Электростатические приводы

Каким образом мы можем «тянуть» такие машины по поверхности? На самом деле эта задача решается легко, и я сейчас продемонстрирую вам схему очень простого устройства. (Фейнман рисует на доске треугольный блок с набором электродов, позволяющих смещать этот блок в требуемом направлении.) Предположим, например, что вам необходимо перемещать диэлектрический микрообъект, двигающийся вдоль паза или прорези. Давайте расположим вдоль паза электроды в указанном порядке и будем подавать на них переменное напряжение. Объект передвинется в новую точку, а вы вновь поменяете полярность напряжения, в результате чего он начнет смещаться дальше и т. д. Используя такие электроды можно легко перемещать устройства (и связанные с ними структуры) в нужные точки, подобно тому как в крупных универсальных магазинах обеспечивают доставку товаров в нужную секцию.