СМЕРТЬ КРЕМНИЮ!

Увеличенный в 25 раз кремниевый чип на фоне куриного яйца

Кремниевые чипы давно уже не соответствуют запросам электронщиков: дороги и капризны в производстве (новые заводы по производству чипов обходятся в миллиарды долларов), да к тому же выделяют при своей работе много тепла. Вот почему взоры специалистов давно уже обращены в сторону полимерной электроники. Исследовательский отдел в области квантовой химии известной компании «Хьюлит-Паккард» представил на суд публики переключатель «памяти», не содержащий движущихся частей, что выгодно отличает его от нашумевшего в свое время устройства компании «IBM», названное сороконожкой.
Это устройство имеет кремниевые рычажки, которые с помощью миниатюрных «ножек» делают неглубокие лунки в пластмассовой пленке, движущейся под ними в виде «бесконечной» ленты. Получается эдакий наноконвейер. Чипы с «памятью» на основе пластиковых углублений могут хранить гораздо больше информации, чем чипы конкурентов, однако наличие движущихся частей повышает требования к точности новой нанотехнологии.
Этого недостатка лишено производство чипов из ротаксана. Это органическое вещество знаменует собой начало эры молекулярной электроники – без кремниевых чипов. Производство полимерных чипов дешевле и проще за счет технологии обычного «печатания» и отказа от напыления молекулярных слоев, без которого не обходится изготовление привычных микросхем. 1 см² ротаксановой «памяти» может хранить до 6,4 гигабита информации!
Ротаксан в количестве примерно 1000 молекул «заливается» в зазор между электродами из платины и титана. Расстояние между электродами не превышает 40 нанометров. Таким образом, элементы «памяти» представляют собой систему из металлов и пластика. Информационные биты «записываются» в привычном двоичном коде (0 и 1) путем изменения конформации молекул ротаксана. Электрический ток, создаваемый в молекулярных кластерах электродами, изменяет их конформацию, что в свою очередь изменяет электрическое сопротивление в 10⁴ раз. Это позволяет отличить «0» от «1». Исследователи сами пока не до конца понимают, что же приводит к изменению электрического сопротивления в органическом кластере. Они предполагают, что в данном случае происходит квантовое туннелирование – феномен квантового мира, при котором электроны внезапно исчезают из «поля зрения» и также внезапно появляются в совсем другом месте. Именно благодаря этому феномену с помощью знаменитого сканирующего туннельного микроскопа можно увидеть отдельные молекулы и крупные атомы.
Недостатком использования ротаксана является его относительная нестойкость – чипы выдерживают всего лишь 50–60 переключений, т.е. перезаписывать информацию можно будет весьма ограниченное число раз. Новая технология названа нанолитографией отпечатков. В качестве «маски» используется старый добрый кремний. Литография осуществляется с помощью сфокусированного электронного луча, который ученые используют в своих целях вот уже более 70 лет. С помощью «маски» на поверхности полимера отпечатывается сеть «траншей», которые затем наполняются платиной. После этого «маска» разворачивается на 90°, и в перпендикулярные канавки «заливается» титан.
В результате всего этого ротаксановый слой образует «сандвич» с титановым и платиновым электродами. Подобно нервной клетке каждый элемент молекулярной памяти имеет несколько входов и всего лишь один выход. При этом величина тока на выходе, как и в нейроне, зависит от состояния входов. Преимуществом нового чипа является также автономность доступа к каждому из элементов, информация в котором не пропадает при отключении тока (что просто смертельно для нынешних компьютеров, которые необходимо снабжать дополнительными источниками питания). У ученых информация в чипах на момент демонстрации хранилась в течение четырех месяцев... без тока!
Недостаток новых чипов, как уже говорилось, связан с ограниченностью числа циклов записи-перезаписи. На этот аргумент представители компании отвечают довольно просто: при наличии объемов «памяти» в терабиты вам очень долго не придется ничего перезаписывать.
В первую очередь новые чипы будут использоваться в цифровых фото- и видеокамерах, где пока число снимков и кадров невелико. С новыми чипами такие камеры станут просто «вечными». Уже сейчас прототипы будущих чипов хранят объем памяти, который в 10 раз больше, чем на самых лучших дисках быстрого доступа.
Конкуренты, однако, не дремлют и готовы вот-вот выставить напоказ свои образцы молекулярных чипов. Так что конкуренция – двигатель технологического прогресса в этой области высокомолекулярной химии.

Материал подготовил И.Э.ЛАЛАЯНЦ
(Economist, 2002, 14 Sept., p. 86)