Дмитрий Е. Никонов, Джордж И. Бурьянофф и Паоло А. Гарджини
Отдел технологической стратегии Корпорации «Intel»
2200 Мишен Колледж Бульвар, Санта-Клара, Калифорния, 95052, США
E-mail: dmitri.e.nikonov@intel.com
Резюме
В течение последних четырех десятилетий «Intel» оставались одной из ведущих компаний, целенаправленно и планомерно работающих над проблемой миниатюризации транзисторов на основе комплементарных структур металл-окисел-полупроводник (КМОП) в соответствии с законом Мура [1]. В настоящее время производство микропроцессоров, использующих транзисторы наномасштаба [2], относится к числу отраслей, в которых нанотехнологии находят наиболее активное применение. Этот технологический прорыв был бы невозможен без проведения внутренних исследований новых материалов, процессов и структур. Разработчики «Intel» продемонстрировали новые модели металлических затворов, затворных диэлектриков с высоким значением диэлектрической константы и трехзатворных транзисторов. Намерение
Компании в будущем продолжать работу в соответствующем направлении в тесном сотрудничестве с другими производителями полупроводников документально зафиксировано в Международной дорожной карте полупроводниковых технологий [3]. Основой дальнейшей миниатюризации микропроцессоров на протяжении нескольких последующих поколений должно стать изучение следующих аспектов транзисторных наноструктур: квантовые ямы в полупроводниках Групп III-V, нанопровода, углеродные нанотрубки, графен. Сотрудничая с государственными учреждениями и промышленными компаниями по всему миру, мы
прилагаем усилия для того, чтобы стимулировать исследовательскую деятельность университетов и консорциумов (например, SEMATEC, IMEC, SRC) в соответствующем направлении. Особое внимание, в частности, мы уделяем рассмотрению результатов производства и характеризации углеродных нанотрубок и графеновых транзисторов и сопоставлению их характеристик с показателями КМОП структур [4]. Для транзисторов на углеродной основе характерен высокий уровень подвижности электронов, что позволяет управлять запрещенной зоной материала и массой носителя, но их внедрение сопряжено с существенными проблемами.
Мы предполагаем, что в определенный момент квантовые ограничения станут обстоятельством, препятствующим дальнейшей миниатюризации электронных транзисторов [5]. Для того чтобы обеспечить непрерывное совершенствование функциональных возможностей логических устройств за счет факторов помимо миниатюризации структур КМОП, необходимо изучать возможности использования в качестве основы вычислительного процесса не только заряда, но и иных физических переменных (электрического диполя, спина, орбитального состояния, интенсивности света, механического положения и т.д.). Поиск путей
решения соответствующих задач является сферой ответственности Инициативы по исследованиям в области наноэлектроники, созданной в 2005 году при участии компаний-производителей полупроводников, Национального научного фонда (США) и государственных структур ряда стран. Заявленная миссия Инициативы – спонсирование исследовательской деятельности по следующим пяти магистральным направлениям: 1) Переменные вычислительного состояния, альтернативные электронному заряду; 2) Неравновесные системы; 3) Инновационные механизмы передачи энергии и информации на малые расстояния; 4) Наномасштабное управление тепловым режимом; 5) Управляемая самосборка сложных иерархических структур [6]. Наблюдение за результатами исследования осуществляется нами
на уровне центров Инициативы. Еще одной приоритетной сферой нашей работы является спинтроника то есть создание устройств, принцип действия которых основан на спине электрона. Спин ответственен за магнитные свойства веществ в твердом агрегатном состоянии.
решения соответствующих задач является сферой ответственности Инициативы по исследованиям в области наноэлектроники, созданной в 2005 году при участии компаний-производителей полупроводников, Национального научного фонда (США) и государственных структур ряда стран. Заявленная миссия Инициативы – спонсирование исследовательской деятельности по следующим пяти магистральным направлениям: 1) Переменные вычислительного состояния, альтернативные электронному заряду; 2) Неравновесные системы; 3) Инновационные механизмы передачи энергии и информации на малые расстояния; 4) Наномасштабное управление тепловым режимом; 5) Управляемая самосборка сложных иерархических структур [6]. Наблюдение за результатами исследования осуществляется нами
на уровне центров Инициативы. Еще одной приоритетной сферой нашей работы является спинтроника то есть создание устройств, принцип действия которых основан на спине электрона. Спин ответственен за магнитные свойства веществ в твердом агрегатном состоянии.
Применительно к магнитоэлектрикам, мультиферроикам и ферромагнитным полупроводникам наблюдаются различные эффекты совмещения электронных и магнитных состояний. Таким образом, спинтронные устройства обеспечивают бесшовную интеграцию логических функций и функций памяти и обладают значительным потенциалом в плане разработки энергонезависимой и реконфигурируемой логики. Разработка различных спинтронных устройств, таких, как спиновые полевые транзисторы, осцилляторы с использованием спинового момента, стены магнитных доменов и устройства на спиновых волнах, началась сравнительно недавно, но прогрессирует исключительно активно. Главной причиной, заставляющей нас уделять ключевое внимание развитию спинтроники несмотря на то, что спинтронные устройства в
плане быстродействия не могут конкурировать с КМОП-структурами, является их прогнозируемая (в перспективе) способность выполнять обработку бита информации при меньшем на порядок расходе энергии на переключение [7]. Если этого удастся добиться, рассеяние мощности в процессе выполнения логических операций существенно сократится без потери эффективности.
[1] Дж. Е. Мур, Электроника 19, 114 (1965).
[2] Р. Чау и др., Материалы конференции по разработке новых приборов 123 (2003).
[3] Ассоциация полупроводниковой промышленности, Международная дорожная карта
полупроводниковых технологий (2007). Текст документа доступен на сайте:
http://public.itrs.net/.
[4] Р. Чау и др., Труды сотрудников Института инженеров по электротехнике и электронике в
области нанотехнологий. 4, 153 (2005).
[5] В.В. Жирнов, Р.К. Кейвин, Дж.А. Хатчби и Дж.И. Бурьянофф, Труды Института инженеров
по электротехнике и электронике 91, 1934 (2003).
[6] Дж.И. Бурьянофф, П.А. Гарджини, Д.Е. Никонов, Электроника твердого тела 51, 1426
(2007).
[7] Д.Е. Никонов, Дж.И. Бурьянофф, П.А. Гарджини, Журнал наноэлектроники и
оптоэлектроники 3, 3 (2008). ая полупроводниковые лазеры, а также нанофотонные и
наноэлектронные устройства.
