Знание-сила, 1998 № 07 (853)

Одно из главных направлений жизни транзисторов сегодня — продолжающаяся миниатюризация. Понятно стремление конструкторов уменьшать размеры транзисторов и соединения, чтобы в небольшом устройстве их помешалось все больше и больше. Тогда у вас в кармане будет лежать все более быстрое и мощное устройство. Наиболее крупное достижение прошлого года в этой области — создание медной металлизации. Это сделали конструкторы фирмы IBM Такой прорыв делает возможным уменьшение ширины соединений до 0,1 микрона. Сейчас Intel выпускает процессоры с технологией 0,25 и готовится перейти к 0,13 мкм — это число означает толщину проводников между миллиардами транзисторов в одной микросхеме. Но миниатюризация транзисторных схем таит в себе и неожиданности. На размерах 0,1 микрона становятся ощутимыми квантовые эффекты. Приходится учитывать не только туннельный эффект перебрасывания электронов, но и воздействие поляризации вакуума, так называемый эффект Казимира. При этом выход на уровень квантовых эффектов совсем не означает гибели транзисторов. Следует просто аккуратно учитывать эти эффекты, они хорошо считаются. Главная сложность заключается в том, что надо системы автоматического проектирования транзисторных микросхем научить квантовому мышлению. Внедрить квантово-полевые принципы на логическом уровне. Такие работы ведутся, есть опытные образцы, и через полтора- два года начнется промышленное производство подобных микросхем. Эти обстоятельства очень способствовали росту спроса на физиков-теоретиков, занимающихся самыми абстрактными проблемами квантовой теории поля.

Дальнейший путь развития транзисторных технологий — переход к устройствам, действующим на основе чисто квантовых свойств вещества. По сути дела, это будут одноэлектронные устройства — кластеры (группы) из нескольких сотен атомов, при воздействии на которые электрон станет испускаться или переходить на другой уровень, и это будет означать изменение состояния кластера. В устройствах, собранных человеческой рукой, перемещаются не рычаги и тумблеры, а один-единственный электрон. При всем скептицизме подобное (хоть и локальное) могущество рода человеческого радует.

Материалы для такой технологии выращиваются «в банке», как кристаллики соли или колонии бактерий. Происходит чисто синергетический эффект — возникает структура. Это трудно объяснить «на пальцах», но возникновение структуры в веществе оказывается энергетически более выгодным состоянием. При этом, варьируя химический состав смеси, в которой происходит рост, и величину приложенного электрического напряжения, можно получать структуры с заданными свойствами. Алюминий, к примеру, порождает структуры, которые не зависят от состава электролита. Подобные эксперименты ведутся уже лет пятнадцать, и многие страны (США, Япония, Великобритания и СНГ) достигли в них определенных успехов. Любопытно, что порой возникают фрактальные структуры. Одно из интереснейших свойств: такие структурированные поверхности не отражают- радиоизлучения. Широко используются самые простые применения такого выращивания: возникают поверхности с отверстиями, готовыми под «ножки» микросхем.

Несколько лет назад английские физики в Королевском радарном центре обнаружили, что если электрохимически «травить» в подходящем электролите кремний, то возникает структура, излучающая свет под действием незначительных напряжений. Это прекрасная технология для создания полупроводниковых плоских дисплеев и серийных микросхем с оптической разводкой, то есть таких устройств, где информация передается не по проводам, а при помощи световых лучей. Не всегда ясна еще физика процесса возникновения света, но факт остается фактом.

Следующий шаг — выращивание не двумерных, поверхностных структур, а пространственных трехмерных образований. Техника выращивания аморфных стекол с примесями и вкраплениями была известна в России довольно давно. Оказалось, что она очень здорово подходит для выращивания транзисторных структур. Проблема пока в том, что не удается управлять процессом роста, как говорится, «что выросло, то выросло». Но нет никаких сомнений, что проблема будет разрешена. А вот тогда будут выращиваться уже не микросхемы, а целые компьютеры Причем прогресс в мире транзисторов происходит очень быстро, и речь идет о сроках два-три года максимум.

Выращивать таким образом можно не только транзисторы, но и «мелкоячеистые» фильтры для разделения изотопов или для очистки лекарств, но это отдельный, хоть и очень интересный разговор. А выращивание структур с атомными масштабами и заданными свойствами называется «нанотехнологией», и это область, которая будет доминировать в самых разных отраслях науки и техники в самом ближайшем будущем.