48 kartą inžinieriai ir mokslininkai iš viso pasaulio susirinko į svarbią konferenciją IEDM (International Electron Device Meeting), kuri šįkart vyko San Franciske. 1500 dalyvių galėjo išklausyti 220 pranešimų, kurie, savo ruožtu, buvo išrinkti iš 600 atsiųstųjų darbų. Daugelyje pranešimų galėjai nuolat girdėti priešdėlį "nano".

   Pagal tradiciją, konferencija prasideda pusdienį trunkančia plenarine sesija, kurioje dalyvauja visi. Po jos dalyviai išsiskirsto į daugelį "techninių sesijų". Šiemet plenarinėje sesijoje buvo svarstomos trys temos: litografija geresne kaip 100 nm skyra, lustai žaidimų robotams ir nanooptoelektroniniai integriniai grandynai.

   Daktaro Luc Van den Hove iš IMEC (Belgija), asmenyje organizatoriai rado tikrą litografijos ekspertą. Nors iki 2004 m. rinkoje dar nepasirodys ir 157 nm bangos ilgio litografija, pereinamuoju periodu reikia ieškoti naujų techninių būdų, leisiančių pagaminti dar smulkesnio rašto darinius. Naudojant šiandien turimus 193 nm bangos ilgio šviesos šaltinius, galima pagaminti darinius, apie kuriuos anksčiau net nesvajota. Tam yra panaudojami įvairūs triukai, pavyzdžiui, fazės postūmis, dviguba ekspozicija ir optinis nuotolio koregavimas.

   Kuomet bus išspręstos visos su 157 nm litografija susijusios problemos (šviesos dvilūžis lęšiuose iš kalcio fluorido kristalų, gyvavimo trukmės problema, plėvelės fotošablonams), naujoji eksponavimo technologija ilgai vyraus gamybos procesuose. Ji tikriausiai tiks net ir sumažinus darinių matmenis maždaug iki 65 nm. Po to prireiks kitos kartos eksponavimo technologijų.

Robotai

   Daktaro Tsugio Makimoto iš Sony pranešimo tema buvo žaidimų robotai. Tai buvo tipiškas Japonijoje vykdomo taikomojo projekto pristatymas. Sony, sukūrusi savąjį šunį Aibo, buvo pirmoji kompanija, investavusi į šią naują sritį. Ne taip seniai nebuvo įmanoma užsidirbti didesnių pinigų ir iš dabar jau klasikinių pramogų elektronikos prietaisų. Bet Sony ir šioje srityje susilaukė sėkmės, todėl ryžosi žengti toliau.

   Pernai Sony sukūrė SDR-4X, žmogų primenantį robotą, vaikštantį dviem kojomis. Jis turėtų netrukus pasirodyti rinkoje. Makitomo papasakojo apie reikalavimus, keliamus puslaidininkių pramonei, ir padarė išvadą, kad per artimiausius dešimtį metų technologiją pirmyn stums būtent tokie robotai.

Fotoniniai kristalai

   Trečiajam įžanginiam pranešimui buvo pakviestas profesorius Eli Yablonovitch iš UCLA (Kalifornijos universitetas Los Angeles). Šis universitetas, greta MIT, yra vienas svarbiausių fotoninių kristalų ir jų taikymų fotoniniuose integriniuose grandynuose tyrimo centrų. Techniniu požiūriu fotoniniai kristalai yra puslaidininkinių kristalų analogas. Ateityje jie turėtų būti taikomi sudėtinguose optiniuose lustuose. Iki tol reikia išmokti tuos darinius gaminti pigiau nei dabar.

   Yablonovitch įvardijo kelias technines problemas, kurias dar teks išspręsti: įvesčių ir išvesčių sujungimo problemą, didelius gamybos tikslumui keliamus reikalavimus, atskirų komponentų gamybos klausimus ir mažiau ištirtas konstravimo būdų ir komponentų modeliavimo sritis. Visose šiose srityse jau yra pakankamai toli pažengta, todėl sprendimų galima tikėtis po kelerių metų.

90 nm ir mažiau

   Aiškėja, kad pirmasis lustas su 90 nm dydžio dariniais pasirodys rinkoje jau šiemet. Kita karta, 65 nm dydžio dariniai, turėtų pasirodyti po 3-5 metų, jeigu ją suspės sukurti technologinės įrangos konstruktoriai. Viena yra ką nors pademonstruoti laboratorijoje, o visai kita - pradėti masišką gamybą ir tenkinti šios gamybos keliamus kainų ir išeigos reikalavimus.

   Vienas paskutinių logikos lustų parametrų gerinimo būdų yra "įtempto silicio", galinčio padidini veikos spartą 10-15 proc., panaudojimas. Nieko keisto, kad šiai temai buvo skirta daug laiko. MIT specialistai pateikė darbų apžvalgą, o Mitsubishi jau galėjo parodyti MOSFET tranzistorių su 55 nm dydžio dariniais.

   IBM palygino "įtempto" ir "neįtempto" silicio rezultatus ir atkreipė dėmesį į turimas parametrų pagerinimo galimybes. Intel pasižiūrėjo į 90 nm technologijos pakaitalo problemą pragmatiškai ir pranešė apie iš "įtemptojo silicio" pagamintus logikos grandynus, kurių kanalų ilgiai buvo 50 nm. IMB, panaudojusi septynis vario metalizacijos sluoksnius, sugebėjo luste integruoti SRAM ląsteles, kurių paviršiaus plotas tebuvo 1 µm². Bandomajame luste buvo 56 Mb talpos SRAM ląstelių matrica, kurioje buvo apie 300 mln. tranzistorių. Lustas dirba 2 GHz taktiniu dažniu ir yra maitinamas įtampa nuo 0,7 iki 1,2 V.

   Taivanio TSMC irgi įsisavino 90 nm technologiją. Tokią technologiją turi ir korėjiečių Samsung, bet ši kompanija papildomai naudoja dar devynių sluoksnių vario metalizacijos sujungimus. Jos SRAM ląstelės užima apie 1,1 µm² plotą. IBM 90 nm technologija pagamintas SRASM ląsteles įterpė į SOI (Silicon on - Insulator, silicis ant izoliatoriaus) logikos lustus.

   Toshiba nuėjo dar toliau. Ji įsisavino 90 nm technologiją, bet šiuo atveju ląstelės užimamas plotas tebuvo 0,8 µm². Toks dabar yra pasaulio rekordas. Demonstruojant, kad tokios ląstelės vis dar veikia, buvo pagaminta 1 Mb SRAM atmintinė.

Mažiausios atminties ląstelės

   Toshiba atstovai taip pat papasakojo apie 65 nm technologiją, lenkiančią visas kitas, bet priklausančią jau kitai technologijų kartai. Užtūros ilgiai yra apie 30 nm, o SRAM atminties ląstelių plotas tebus tik 0,6 µm². Jeigu būtų naudojamos "įterptos" DRAM ląstelės, kurios yra ne tokios sudėtingos kaip SRAM, vienos ląstelės plotas gali sumažėti iki 0,11 µm². Tai pats mažiausias iš kada nors IEDM praneštų atminties ląstelių plotų. Sakoma, kad tokios atmintinės gamybai prireiks vienuolikos vario sluoksnių, o tai irgi bus rekordas. Be to nenaudojama nieko kito, kaip įprastinė CMOS technologija. Tik - gerokai pranokstanti jos šiandienines galimybes.

FinFET su dviem sklendėmis

   FinFET neturi nieko bendro su suomiais, nors kai kas ir galėtų pagalvoti. Greičiau jau su žuvies peleku ("fin", angl. - pelekas). Tokį terminą prieš kelis metus pasiūlė Berklio universiteto mokslininkai, pirmąkart pagaminę tranzistorių su dviem sklendėmis. Jos buvo perskirtos ilgo, plono kanalo, primenančio peleką ant ryklio nugaros: taip ir kilo tranzistoriaus pavadinimas. Bet: kam reikia dviejų sklendžių, kai pakanka ir vienos? Priežastis - sunkiai panaikinamose nuotėkio srovėse, kurių parazitinis poveikis labai išauga, sumažinus tranzistoriaus darinius. Turint ne vieną, bet dvi sklendes, tranzistorių galima valdyti kur kas efektyviau. Kai norima, tranzistorius tikrai užsidaro iki "0" ir nebus jokių nuotėkio srovių, dėl kurių būtų galima pamanyti, kad jis vis dar rodo "1".

   Tokie FinFET (žiūr. 1 pav.) radikaliai pakeis lusto konstrukciją. Naudojant šiuolaikinius CMOS technologijos būdus, tranzistoriai yra išdėstomi silicio plokštelės paviršiuje horizontaliai, o FinFET procesai sudėlios juos vertikaliai. Prieš penkerius metus tai tebuvo akademinė įdomybė, o šiandien ja labai susidomėjo ir pramonė. Konferencijoje "IEDM 2002" šią temą analizavo kelios kompanijos.

   IBM pristatė pirmąją veikiančią FinFET-SRAM atmintinę, sudarytą iš 180 nm dydžio darinių. Nežiūrint to, kad buvo pasirinkta visiškai nauja konstrukcija, ląstelių plotas neviršijo 5 µm². Kitame IBM pranešime buvo pasakojama apie FinFEt ir metalinių sklendžių derinį. Jis leido padidinti krūvininkų judrį ir, tuo pačiu, prietaiso spartą. Iki tol metalinė sklendė niekada nebuvo naudota kartu su dvigubos užtūros architektūra. Peleko plotis buvo tik 12 nm; jį pavyko pagaminti naudojant optinę litografiją. Svarbi IBM sprendimo savybė yra ta, kad jis nereikalauja jokių standartinio CMOS procesų pakeitimų.

   Variacija šia tema buvo pristatyta ir TSMC pranešime, kuriame FinFET yra vadinamas W-FET. Pavadinimas irgi gimė pažiūrėjus į tranzistoriaus užtūros ir jos dielektriko formą. Praktikoje tokia forma gali duoti keletą pranašumų. Pavyzdžiui, bus galima sukurti 1 V įtampą naudojančius grandynus su labai mažomis nuotėkio srovėmis. Galima tikėtis - tiesa, tik po kelerių metų - ir mobiliesiems prietaisams skirtos 0,7 V versijos.

MRAM pranašesnė už FRAM

   Samsung daug resursų metė į MRAM atmintinės, kurią kai kurie specialistai laiko perspektyvesne už FRAM, kūrimą. Integruota 64 Kb atmintinė, pagaminta naudojant 0,24 m technologiją ir visiškai naują ląstelės koncepciją.

   Flash atmintinės yra nepakeičiamas daugelio mobiliųjų elektronikos įrenginių komponentas. Samsung pademonstravo autonomišką 2 Gb NAND tipo flash atmintinę, kurios ląstelės užimamas plotas buvo tik 0,0044 m², o tam prireikė 90 nm technologijos. Lustas buvo 1412 mm² dydžio. Ląstelės yra programuojamos 17 V amplitudės, 200 s trukmės impulsais, o ištrynimui yra naudojamos tokios pat amplitudės, bet 1 ms trukmės impulsais.

   Iki šiol tik moksline įdomybe laikytas atminties įrenginių tipas Ovonic Unified Memories OUM (unifikuotosios ovoninės atmintinės: pavadinimas kilęs iš jų atradėjo S. Ovshinsky pavardės), sulaukė naujo susidomėjimo bangos. Jos yra gaminamos iš chalkogenų - šeštosios grupės elementų. Jiems priklauso siera, selenas, telūras ir retasis polonis. Politechnico di Milano ir STMicroelectronics pasitelkė šią septintojo dešimtmečio idėją ir parodė, kad OUM pagrindu galima sukurti nelakiosios atminties elementus. Tam buvo panaudota amorfinė medžiaga GST (Ge₂Sb₂Te₅). Konstrukcija vis dar gana sudėtinga. Trūksta tinkamo būdo, kaip geriausiai panaudoti labai netiesiškas medžiagos voltamperines charakteristikas (2 pav.). Vargu, ar artimiausioje ateityje OUM suvaidins kokį nors reikšmingesnį vaidmenį.

Silicis ant nieko

   Prieš porą metų, konferencijos "IEDM 2000" metu Toshiba kompanija pirmą kartą pranešė apie komponentą, pagamintą naudojant SON technologiją. Santrumpa SON reiškia "Silicon on nothing" - silicis ant nieko, o tai reiškia, kad plokštelė, ant kurios sukuriami dariniai iš silicio, yra iš oro. Tasai "oras" yra tam tikros tuštumos silicio padėkle (3 pav.). Šiuo būdu stengiamasi išvengti problemų, su kuriomis vis dažniau susiduriama didėjant lustų darbo dažniui, o būtent, nuo padėklo medžiagos priklausančių parazitinių talpų, ribojančių aukščiausius pasiekiamus dažnius. Tam reikia medžiagos su maža dielektrine skvarba (mažos K medžiagos). Tokia medžiaga yra oras. Europoje šią technologiją vysto STMicroelectronics, bet tarp "didžiųjų" ji yra vieniša šiuo požiūriu. Šiemet kompanija parodė savo darbo rezultatą - naudojant SON technologija pagamintą PMOS tranzistorių, sudarytą iš 55 nm dydžio darinių.

   Infineon atsigabeno vadinamąjį "Surrounding gate transitor" - supančios užtūros tranzistorių, kuriam buvo pasitelkta 70 nm technologija. Jį ruošiamasi panaudoti DRAM atmintinėse. Naujoji technologija žada geresnį, negu standartinių komponentų, patikimumą ir yra paprasčiau taikoma mažinant komponentų matmenis.

   Apie 65 nm technologijos CMOS tranzistorių, kurio užtūros ilgis buvo apie 30 nm, buvo pranešta kompanijos Toshiba pristatyme. Šis komponentas veikia esant labai mažai, vos 0,85 V, maitinimo įtampai, bet valdomoji srovė yra pakankamai didelė. Be to, Toshiba pagamino CMOSFET tranzistorių, kurio užtūros ilgis - 14 nm, maitinamas - 0,75 V įtampa.

   Niujorko valstijos Yorktown Heights mieste įsikūrusio IBM mokslinio centro specialistai ištyrė absoliučią lusto darinių mažinimo ribą. Jie nustatė, kad ribas nubrėš keli fizikiniai efektai, tokie kaip tuneliavimo sąlygotos nuotėkio srovės, neišvengiama lusto jungiamųjų metalo takelių varža ir vis didėjantis kaitimas augant komponentų tankiui. Šiandien būtent šis kaitimas yra laikomas didžiausia kliūtimi mažinant lustą sudarančių detalių matmenis. Dėl to jau kurį laiką stengiamasi optimizuoti lustų konstrukciją, nes maža sunaudojama galia ir geri lusto parametrai yra vienas kitam prieštaraujantys tikslai. Visa tai yra susiję su milijardais dolerių, kuriuos teks investuoti ateityje, todėl dėmesys šiai problemai yra milžiniškas. IBM propaguoja naujovišką kaštų apskaičiavimo būdą. Jeigu šiandien komerciškai svarbiu parametru yra laikomas kainos ir lusto ploto santykis, tai ateityje jį turėtų pakeisti minimalūs energijos nuostoliai.

   Anglies nanovamzdeliai (Carbon Nanotubes - CNT, angliškai) yra objektas, kuriuo mokslininkai pastaruoju metu ypač domisi. Šios makromolekulės pasižymi labai įdomiomis mechaninėmis, terminėmis ir elektrinėmis savybėmis. Jos, pavyzdžiui, gali būti ir laidininkais, ir puslaidininkiais. Metalizuoti CNT atlaiko itin didelius elektros srovės tankius, siekiančius 10⁹ A/cm². Dėl to jie yra įdomūs kaip potencialūs ateities nanoelektronikos lustų jungiamieji elementai. Iš puslaidininkinių CNT galima pagaminti įvairiomis savybėmis pasižyminčius diodus ir lauko tranzistorius. Juos, kaip ir kitus puslaidininkius, galima paversti ir n, ir p-tipo medžiagomis. IBM sugebėjo pademonstruoti pirmą iš anglies nanovamzdelių pagamintą integrinį grandyną: dvi NOT grandinėles, galinčias veikti kaip įtampos keitiklis. 4 pav. yra parodytas toks auksu padengtas anglies nanovamzdelis. 5 pav. yra pavaizduoti kelių nanovamzdelių struktūros skaičiavimų rezultatai. Kiekvienas nuokrypis nuo idealios formos iš karto pakeičia CNT elektrines savybes.

Lustas iš plastiko

   Tik visai neseniai laboratorijoje pavyko pagaminti pirmąjį lustą iš plastiko. Nuo to laiko įvyko daug dalykų. Philips sukūrė darinius iš polimerų, kurių detalės yra 2,5 µm, o atstumas tarp laidininkų - 1 µm dydžio. Šiandien jau įmanoma apdoroti iki 150 mm skersmens plokšteles. Maitinimo įtampos siekia 20 V, o žiediniame osciliatoriuje galima pasiekti 13 kHz dažnį. Demonstracijai Philips tyrėjai pagamino 48 bitų kodo generatorių, kurį sudarė apie 800 tranzistorių iš polimero.

   Infineon visus nustebino, pademonstravęs gerais parametrais pasižymintį organinį plonasluoksnį tranzistorių (TFT - Thin Film Transistor), puikiai tinkantį lustams iš plastiko. Kiek patobulinus tranzistoriaus technoligiją, turėtų pavykti sukurti 30 kHz dažnio generatorių.

Naujienos iš displėjų pasaulio

   Konferencijoje ypatinga vieta teko displėjams, Society of Information ta tema surengė specialų simpoziumą. Rinkos analitikai jame pranešė, kad kitais metais plokštieji displėjai pagal pasaulio rinkose parduodamą skaičių aplenks displėjus su elektroniniais vamzdeliais.

   Šiandienines plokščiųjų displėjų rinkos tendencijas apžvelgė Samsung. Šiandien rinkoje dominuoja skystųjų kristalų (LCD) ekranai su aktyviosiomis matricomis, pagamintomis iš amorfinio silicio. Šioje srityje dar yra daug erdvės tobulėjimui ir geresniam informacinių technologijų pramonės poreikių tenkinimui. Tačiau toliau displėjuose turėtų būti vis plačiau naudojamas polikristalinis silicis, o "aktyvieji" displėjai vis labiau išstums "pasyviuosius". Bus einama integrinių grandynų susiliejimo su pačiu ekranu, kryptimi.

   Displėjams labai, kartais net idealiai, tinka ir OLED - organiniai šviesos diodai, ypač tuomet, kai kalbama apie jų taikymą mobiliuosiuose terminaluose. Jie yra plokšti ir lengvi, turi nemažą ryškį, platų stebėjimo kampą, spartų atsaką ir, laikui bėgant, tikriausiai nedaug kainuos.

   Plokščiasis ekranas iš nerūdijančio plieno. Ar čia nėra klaidos? Ne, E Ink Corp. pristatė būtent tokį savo gaminį. Svarbiausia ekrano dalis yra "elektroninio rašalo" plėvelė, kuri yra užnešama ant plieno folijos. Elektroninį rašalą sudaro skystyje išmaišytos mikroskopiškos pigmento dalelės. Daleles galima valdyti elektros lauku; jis leidžia pakeisti atspindžio nuo dalelių intensyvumą (6 pav.). Visas displėjus yra 0,3 mm storio; jis yra užneštas ant 7,5 cm pločio folijos lakšto ir turi 160×240 vaizdo taškų. Folija suteikia konstrukcijai tvirtumo, todėl displėjai tiks, pavyzdžiui, kelio ženklams.

Optoelektronika

   Jeilio universitetas kartu su firma Light Spin Technology sukūrė naują optinį komponentą, sugebantį itin sparčiai keisti signalo dažnį savo išvestyje. Moduliavimo juostos plotis gali siekti 1,75 GHz (7 pav.). Komponentą sudaro dvi šviesą spinduliuojančios sritys, atskirtos barjero. Abiejų sričių spinduliuotės, kurios šiuo atveju turi 905 ir 790 nm bangos ilgį, yra viena su kita susijusios ir valdomos prijungtąja įtampa. Moduliuojant šią įtampą, yra moduliuojama ir pati spinduliuotė. Įsidėmėtina emisijos spektro perjungimo sparta; pagal šį parametrą įprastiniai šviesos diodai yra lenkiami penkis kartus. Buvo išmatuoti 200 ps dydžio užaugimo ir nukritimo trukmės.

   Vienos universitetas ir XFAB Semiconductors iš Erfurto pranešė apie į BiCMOS technologiją integruotą PIN diodą. Diodo struktūra luste yra sudaroma ne plokštumoje, bet vertikaliai lusto paviršiui. Dėl to labai sutrumpėja signalo užaugimo ir nukritimo trukmės. Kai bangos ilgis yra 670 nm, perduodamų bitų sparta gali siekti 850 Mb/s, o dažnių juosta yra 625 MHz. Einant tolyn į infraraudonąją sritį, iki 785 nm, bitų dažnis sumažėja iki 350 Mb/s (atitinka 240 MHz dažnių juostai). Turint tokius sparčius fotodiodus galima pradėti masiškai gaminti optelektroninius integrinius grandynus, skirtus, pavyzdžiui, optinėms duomenų perdavimo šynoms automobiliuose, infraraudonosioms duomenų perdavimo sistemoms ar optinės atminties sistemoms. Bangos ilgiai tam puikiausiai tinka: 650 nm DVD atveju ir 780 nm - CD-ROM' ams.

   TSMC iš Taivanio pranešimo tema buvo 0,18 µm CMOS technologijos pagalba pagaminti aktyvieji vaizdo elementai. Pagaminus nuo 2,8 iki 3,0 µm skersmens vaizdo elementus, pavyko rasti kompromisą tarp aukšto jautrio, mažos tamsinės srovės ir plataus dinaminio diapazono, iš vienos pusės, ir padidėjusios krūvio pernašos tarp greta esančių vaizdo elementų, iš kitos.

   Prinstono universitetas sukūrė iš organinės medžiagos pagamintą bistabilų optinį perjungiklį. Tam buvo panaudotas organinis fotodiodas ant elektrofosforencuojančio organinio šviesos diodo. Optinis bistabilumas sudaromas pasitelkus išorinį lauko tranzistorių, sukuriantį teigiamą grįžtamąjį ryšį (8 pav.). tarp tokio komponento panaudojimo pavyzdžių paminėtini automatiškas šviesos valdymas, displėjai su funkcija "freeze" ir fotoninė logika.