Семь элементов, которые изменили мир

Сегодня интегральные чипы изготавливаются методом фотолитографии. Тонкая кремниевая подложка покрывается слоем диэлектрика – двуокиси кремния, поверх которого наносится слой защитного фоточувствительного материала. Когда ультрафиолетовое излучение направляется на этот материал, защитный слой разрушается и может быть удален. Специальная маска используется, чтобы ультрафиолет попадал только на те части чипа, где должны быть напечатаны элементы схемы. После того как защитный слой смывается, специальные химикаты используются для удаления двуокиси кремния в тех же областях, в результате чего обнажается расположенная в самом низу кремниевая подложка. Электрические свойства кремния могут теперь изменяться в качестве первого шага на пути к изготовлению транзистора. Например, к кремнию могут быть добавлены атомы других элементов для создания одного слоя pnp– или npn-перехода (см. примечание 60). Этот процесс повторяется для одновременного создания всех компонентов схемы. Когда все компоненты чипа готовы, тонкий слой металла наносится сверху. Затем он удаляется так, чтобы все компоненты оказались соединены между собой требуемым образом. Это делается с использованием другого фоточувствительного слоя и другой маски, которая на этот раз имеет вид соединительных «проводов». Сложные схемы требуют нескольких слоев компонентов и металлических «проводов».

79. Berlin, The Man Behind the Microchip, p. 100.

80. За тот же период мировой бизнес по производству кремниевых транзисторов, сосредоточенный в США, вырос с 32 млн долл. до почти 90 млн долл.

81. Для ограничения тока в цепи использовался резистор, а конденсаторы применялись для накопления электрической энергии. Вместе с транзисторами это главные компоненты для создания логических вентилей.

82. Закон Мура – в действительности не закон, а результат наблюдения за этапами развития полупроводниковой промышленности. Фактически достоверность закона Мура отчасти поддерживает сама себя. Фирмы в высококонкурентной компьютерной индустрии осознают, что для выживания они обязаны, по крайней мере, двигаться в этом темпе. В действительности же число компонентов на чипе удваивается каждые полтора года, а не каждый год, как первоначально было установлено Муром.

83. «Cramming More Components Onto Integrated Circuits», Electronics magazine, 1965, в кн.: David C. Brock. Understanding Moore’s Law: Four Decades of Innovation. Philadelphia: Chemical Heritage Press, 2006, p. 55.

84. Andrew Grove, Only the Paranoid Survive. London: HarperCollins, 1997.

85. Там же, с. 30.

86. Информация кодируется в частицах света, называемых фотонами, и затем передается по оптоволоконным кабелям. Для передачи светового сигнала на большие расстояния без заметного снижения интенсивности должны использоваться мощные лазеры. Именно изобретение таких лазеров, а не оптических стеклянных волокон, существовавших уже довольно давно, позволило в 1970-х гг. создать системы оптоволоконной связи.

87. Kurzweil Ray. The Singularity Is Near: When Humans Transcend Biology. London, Duckworth, 2005, p. 7.

88. Shulman Ari. «Why minds are not like computers». New Atlantis, Winter 2009.

89. Gordon Moore, «Moore’s Law at 40», в кн.: Brock, Understanding Moore’s Law, p. 6.

90. Мы всё быстрее создаем информацию и на персональных компьютерах, и в больших центрах сбора данных или научно-исследовательских институтах (таких как Большой адронный коллайдер в ЦЕРН, создающий 15 000 000 гигабайт данных каждый год). Медь с трудом справляется с таким огромным потоком данных, так как требуемое количество электронов не может достаточно быстро перемещаться на большие расстояния. Например, крупные центры по сбору данных сталкиваются с проблемой низкой производительности передающих мощностей, поскольку продолжают использовать для передачи данных проводные линии связи из меди. В настоящее время центры обработки и хранения информации должны находиться близко друг от друга, так как медные кабели могут передавать данные лишь на относительно короткие расстояния. Устройства кремниевой фотоники позволяют разнести эти центры в пространстве, чтобы все процессоры, являющиеся основными источниками выделения тепла в компьютере, могли бы быть размещены в одном месте. В результате удалось бы значительно сократить затраты энергии на охлаждение системы.

91. Назван по имени архитектора-футуриста Бакминстера Фуллера (Buckminster Fuller), поскольку напоминает по форме некоторые его проекты.

92. Прочность графена обусловлена прочностью связей между атомами углерода и гибкостью этих связей, что позволяет растягивать лист графена так, чтобы увеличить исходный размер в пять раз, не вызывая нарушений структуры.