Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kvant.mccme.ru/pdf/1999/06/05.pdf Дата изменения: Fri Dec 23 19:25:31 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:10:39 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: обвмадеойс нефептощи рпфплпч

ОТ

ТРАНЗИСТОРА



К

ИСКУССТВЕННОМУ

РАЗУМУ?

5

кой мощью чипа и его микропроцессорным интеллектом. Все настойчивее обкатывается идея нейронного принципа организации связей между транзисторами, подобных тем, которые определяют функционирование человеческого мозга. И если в начале третьего тысячелетия технологические достижения гармонично дополнятся адекватной схемотехнической философией, то мы увидим не просто микроэлектронику девяностых годов, разросшуюся во столько-то раз, а станем свидетелями формирования ее качественного нового облика. Какого? Осталось не так уж долго ждать. Прогнозы, прогнозы Мистическое стремление заглянуть в будущее присуще самой природе человека. Фактически основополагающим положением при прогнозах в микроэлектронике является давно подмеченная закономерность: 'уровень интеграции микросхем удваивается каждые 1,5 года'. Американцы назвали это 'законом Мура', по имени первооткрывателя. Но будет ли этот закон, фактически относящийся к прошлому, справедлив и впредь, хотя бы на ближайшие 1020 лет? Ответ проблематичен. Во всяком случае многие серьезные специалисты утверждают, что далеко за уровень 1 Гбит микросхемы вообще не уйдут.

Сцены 'кремниевой жизни'
В микроэлектронике нерасторжимо соединяется множество разнородных технологических процессов, у каждого из них свои физико-химические основы, обо всем сразу не рассказать. Но об исходном полупроводнике говорить надо обязательно, какникак это фундамент. Итак, если в начале следующего века будет создана наконец-то 'клетка' (микросхема) искусственной жизни, то она, несомненно, будет кремниевой. Это вроде предопределения свыше. 'В земной коре кремний играет такую же первостепенную роль, как углерод в животном и растительном мире' (Большая Советская Энциклопедия). Кремний располагается в IV группе таблицы Менделеева, как раз под углеродом. А уникальная роль углерода в живой природе обусловлена тем, что между его атомами существуют проч2 Квант ? 6

ные химические связи, в разрыв которых также прочно могут встраиваться атомы других элементов кислорода и водорода прежде всего. Из этих элементов С, О, Н в различных комбинациях и состоит на 98% общая масса всего живого на Земле. Нечто подобное присуще и кремнию: заполненность и прочность собственных химических связей, возможность встраивания в их разрыв других элементов, существенно изменяющих свойства кристалла. Разрыв связи в углеродном соединении, вызываемый слабым физиологическим воздействием, представляет собой элементарный акт рождения биологического импульса; разрыв связи в кремниевом монокристалле под действием тепла, света, электрического поля может знаменовать элементарный акт формирования информационного импульса. Кроме того, запасы кремния на Земле практически неограниченные: к примеру, песок на морском пляже наполовину состоит из кремния. Кремний второй по распространенности элемент (первый кислород). Но кремний плавится при 1420 њС, и не просто сделать аппаратуру для выращивания кремниевых кристаллов (они вытягиваются из расплава), сохраняющую стерильность при столь высокой температуре. Первые кремниевые монокристаллы были размером с мизинец, потом на какоето время техника задержалась на слитках диаметром 40 мм, к концу семидесятых стандартом стал диаметр 100 мм, а к 20102012 годам ожидается, что диаметр кремниевых слитков достигнет 400450 мм. Автору довелось вживую познакомиться с американским станком разделки на 'вафли' (пластины) трехсотмиллиметровых (уже!) слитков кремния. Эдакий массивный металлический колосс в полтора человеческих роста. Иначе нельзя на хлипком основании никаких точностей не получишь. А точности и фантастическими не назовешь бледновато будет. Сопровождающий буднично так информирует, что после чистовой обработки высота микронеровностей на поверхности кремниевой пластины не превышает 1 нм (это называется 'шероховатостью' остроумно, не правда ли?). Однако после окончательной обработки рабочей поверхности пластины ее шероховатость снижается до 0,1 нм.

Разве не чудо: ведь поперечник кремниевого атома около 0,5 нм?! Но если бы все сводилось только к устранению шероховатости! Увы, как бы тщательно не выращивался слиток, идеальная кристаллическая решетка во всем объеме недостижима: в каком-то узле случайно не оказывается атома кремния, где-то внедряется неконтролируемая примесь, при остывании образуются микротрещинки и перенапряженные области и т.п. Транзистор, изготовленный на месте структурного дефекта, как правило, оказывается негодным. 'Отлавливание' структурных несовершенств стало главным делом металловедов, и справляются с этим они неплохо: в лучших современных пластинах содержится менее 200 дефектов на квадратный метр, а к 2010 году ожидается снижение этого показателя еще на порядок. Замечено, что когда одни рвутся в космос, другие 'назло' им бурят сверхглубокую скважину в земной коре, изобретения телескопа и микроскопа непременно соседствуют друг с другом. А что если кремниевые кристаллы сделать очень маленькими? Чтобы понять, чего при этом можно ожидать, надо заглянуть в квантовый микромир. Атом кремния в кристалле прочно связан с четырьмя соседними атомами (схематично, в плоскости, это иллюстрируется рисунком 1). Кремний четырехвалентен, поэтому все электроны внешних орбит оказываются связанными. Эти связи одно-

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

P

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Граница кристалла
Рис.1