Закон Мура и новые слова в микроэлектронике

Корпорация Intel стала инициатором революции в микроэлектронике: при производстве транзисторов стал использоваться новый химический элемент – гафний, сообщает сайт «Компьютерной газеты».

 

Внедрение новых материалов, предложенное корпорацией Intel при переходе к 45-нм техпроцессу - это единственное фундаментальное изменение с момента появления «классических» планарных полупроводниковых транзисторов с поликремниевым затвором.

 

На сегодняшний день в транзисторах, производящихся корпорацией Intel, толщина слоя диэлектрика затвора из диоксида кремния сопоставима с пятью атомарными слоями и составляет всего 1, 2 нанометра. Толщина слоя из диоксида кремния уже близка к физическому пределу для данного материала, поскольку в результате дальнейшего уменьшения самого транзистора и утоньшения слоя диоксида кремния ток утечки через диэлектрик затвора значительно возрастает, что приводит к существенным потерям тока и избыточному тепловыделению.

 

В таких условиях электроны проявляют свойства уже не только частиц, но и волн. Слой из диоксида кремния перестает быть препятствием для свободного дрейфа электронов, в силу чего пропадает возможность гарантированного управления состоянием транзистора. Слой из диоксида кремния перестает быть препятствием для свободного дрейфа электронов, которые в таких условиях проявляют свойства уже не только частиц, но и волн, в силу чего пропадает возможность гарантированного управления состоянием транзистора.

 

При переходе к 45-нм нормам техпроцесса для создания затворов транзисторов с малыми токами утечек инженеры Intel, в сочетании с новым материалом для электрода затвора транзистора на основе металлов, использовали новый материал для диэлектрика: high-k диэлектрик. Предельно тонкий слой диоксида кремния был заменен на более толстый слой материала на базе солей редкоземельного металла гафния с высоким показателем диэлектрической проницаемости, в результате чего ток утечки удалось сократить более чем в десять раз по сравнению с традиционным диоксидом кремния, сохранив при этом возможность корректно и стабильно управлять работой транзистора.

 

Новый диэлектрик оказался плохо совестим с затвором из поликремния, что препятствовало достижению высокого быстродействия. Именно для решения этой проблемы затвор в новых транзисторах был выполнен из металла. Пленка из диэлектрика создается методом атомарного напыления, причем материал наносится последовательными слоями толщиной всего в один атом.

 

Гафний – это редкоземельный элемент, имеющий 72 номер в периодической системе элементов, очень эластичный, устойчивый к коррозии, по химическим свойствам похожий на цирконий. Это тяжелый тугоплавкий серебристо-белый металл. Уже из самого названия семейства элементов, к которому принадлежит гафний, следует, что, в отличие от кремния, на Земле его содержится совсем немного.

 

Мировые ресурсы гафния в пересчете на двуокись гафния несколько превышают 1 миллион тонн. Структура распределения этих ресурсов выглядит приблизительно следующим образом:

 

Австралия — более 630 тысяч тонн,

ЮАР — почти 287 тысяч тонн,

США — чуть более 105 тысяч тонн,

Индия — около 70 тысяч тонн,

Бразилия — 9,88 тысяч тонн.

 

Подавляющая часть сырьевой базы гафния в зарубежных странах представлена цирконом прибрежных морских россыпей.

 

Запасы гафния в России и СНГ, по оценкам независимых специалистов, весьма велики и в этом отношении при развитии гафниевой промышленности Россия способна стать безусловным лидером на мировом рынке гафния. Стоит также в этой связи упомянуть весьма значительные ресурсы гафния на Украине. Основные гафнийсодержащие минералы в России и СНГ представлены лопаритом, цирконом, бадделеитом, редкометалльными щелочными гранитами.

 

Внедрение диэлектрика на основе гафния с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости и металлического затвора является самым значительным инновационным изменением в технологии производства транзисторов, осуществленным за последние 40 лет, уверены многие эксперты, в том числе и Гордон Мур, автор знаменитого одноименного закона.

 

В апреле 1965 года Гордон Мур вывел и опубликовал закон, согласно которому количество транзисторов в кристалле микропроцессора удваивается каждый год.