IT История

Корпорация IBM и Технологический институт штата Джорджия сегодня объявили о том, что их исследователи продемонстрировали первый в мире чип на основе кремния, способный функционировать на частотах более 500 ГГц (500 млрд. тактов в секунду). Для достижения этого результата чип был заморожен криогенным способом до температуры 4,5 градусов Кельвина. Такие экстремально низкие температуры в природе встречаются только в открытом космосе, однако на Земле они могут быть получены искусственным путем с помощью материалов со сверхнизкой температурой, таких как жидкий гелий. (Абсолютный нуль или минимально возможная в природе температура составляет - 273,15 градуса по шкале Цельсия или 0 градусов по шкале Кельвина).

Для сравнения, 500 ГГц – это более чем в 250 раз больше, чем у современных сотовых телефонов, которые обычно работают на частоте 2 ГГц. Согласно результатам компьютерного моделирования, использованные в данном чипе кремний-германиевые технологии смогут в конечном итоге поддерживать еще более высокие рабочие частоты (около тысячи гигагерц) даже при комнатной температуре.

Описываемые эксперименты IBM и Технологического института штата Джорджия проводятся в рамках проекта по исследованию верхнего предела скорости кремний-германиевых устройств, которые работают быстрее при очень низких температурах. В данном исследовании использовались опытные образцы чипов, изготавливаемые корпорацией IBM по экспериментальной кремний-германиевой технологии четвертого поколения на базе полупроводниковой пластины размером 200 мм. При комнатной температуре эти чипы функционируют на частоте примерно 350 ГГц.

Кремний-германиевая технология производства полупроводниковых устройств основана на том, что электрические свойства кремния, базового материала для практически всех современных микрочипов, модифицируются добавлением германия, что позволяет повысить эффективность функционирования чипов. Кремний-германиевые полупроводниковые материалы обеспечивают создание чипов с более высокой производительностью и сниженным уровнем энергопотребления для современных сотовых телефонов и других коммуникационных устройств. В 1989 г. корпорация IBM представила первую в мире кремний-германиевую технологию, а в 1998 г. применила эту технологию в первых в отрасли стандартных кремний-германиевых чипах массового производства.

Потенциальными областями применения сверхвысокочастотных кремний-германиевых микросхем являются коммерческие коммуникационные системы, электронные устройства военного назначения, космическая техника и системы дистанционного зондирования. Достижение подобных экстремальных скоростей в полупроводниковых схемах на основе кремния – которые могут производиться с использованием обычных недорогих технологий – закладывает основу для создания устройств, производимых массовыми сериями. До настоящего времени подобного экстремального уровня производительности на уровне транзисторов достигали только интегральные схемы, производимые из более дорогих комбинированных полупроводниковых материалов III-V.

Углубление наших знаний о физических процессах в кремний-германиевых полупроводниках – и в конечном счете в создаваемых на их основе электронных схемах – позволит со временем создавать более совершенные полупроводниковые продукты.

Кремний-германиевые технологии традиционно привлекают пристальное внимание экспертов электронной отрасли, поскольку позволяют существенно улучшить характеристики транзисторов при использовании стандартных процессов массового производства на основе кремния. Введение германия в кремниевые пластины на атомном уровне позволят существенно улучшить характеристики полупроводникового материала, сохранив большинство преимуществ технологий на основе кремния.