Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Эти рисунки показывают моделирование двухзатворного MOSFET - особого вида наноустройствa, которое скоро вытеснит традиционные MOSFET. Слева: электроны в ячейке устройства. Цвет показывает, каким потенциалом обладают электроны в процессе моделирования. Справа: потенциал, вычисленный с помощью программы Aeneas. (источник: SouthNovel)

Наноэлектроника нуждается в инструментах моделирования

Ключевые слова:  MOSFET, квантовомеханические расчеты, кремний, моделирование, периодика, полупроводник, транзистор

Опубликовал(а):  Кушнир Сергей Евгеньевич

06 июля 2007

Продолжающаяся миниатюризация привела к переходу полупроводниковой промышленности к производству на наноуровне. Лидирующее место в этой области принадлежит производству микросхем, где разрабатывается 32 нм процесс изготовления процессоров (ожидается к 2009 году). У создателей микросхем впереди ещё много серьёзных проблем, которые связаны в основном с тем, что им придётся все глубже «погружаться» в наномир, где по некоторым параметрам в ближайшем будущем они достигнут физических пределов для традиционных логических MOSFET (полевой МОП-транзистор). В дополнение к физическим барьерам полупроводниковые компании достигнут и экономических барьеров, т.к. доходность будет минимальной из-за непомерной стоимости строительства необходимых производственных мощностей. Квантовые и когерентные эффекты, сильные электрические поля, которые вызывают лавинные пробои, проблема отвода тепла от плотно упакованных структур и влияние точечных дефектов – всё это серьёзные преграды на пути миниатюризации. Заметим, что если размер затвора транзистора менее 100 нанометров, то это ещё не означает реализацию наноэлектроники и использование качественно новых физических свойств, связанных с уменьшением размера. Цель наноэлектроники – обрабатывать, передавать и хранить информацию, используя преимущества свойств материи, которые сильно отличаются от макроскопических свойств. Понимание механизма транспорта в наномасштабе и возможность симулирования наноустройств требуют принципиально новых методов моделирования.

Наноэлектроника обладает достаточным потенциалом, чтобы заменить если не все, то большинство традиционных полупроводниковых технологий. Транзисторы и кремний могут остаться в прошлом, т.к. учёные уже сейчас ищут все возможные пути создания наноустройств обработки информации, которые бы использовали квантовые вычисления; имитировали живые организмы; были бы основаны на ДНК или представляли собой кремнеево-биологический гибрид. Отказ от электронов, использовавшихся в качестве основы обработки сигналов и вычислений в течение долгого времени, может привести к отказу от самого термина «электроника».

Что касается ближайшего будущего, полупроводниковая промышленность всё ещё «на ходу» и не собирается сдавать позиций, а прогресс в наноэлектронике идёт медленно и эта область пока остаётся на элементарном уровне. До того, как мы увидим IBM 'Wet Blue' или некоторые другие виды компьютеров, не использующих кремний, традиционные технологии и отработанные схемы производства будут существовать. Тем не менее, ускорение исследований в области наноэлектроники требует подъёма во многих сопутствующих областях, таких как моделирование.

Полупроводниковая промышленность – это один из выдающихся примеров промышленности, где остро требуется разработка устройств нового поколения, особенно с экономической точки зрения. Так как стоимость чипов от поколения к поколению растёт, то любая ошибка стоит очень дорого, поэтому моделирование становится важнейшим этапом на стадии разработки.

Вот почему инженеры и конструкторы полагаются на компьютерные программы, моделирующие новые устройства без их непосредственного изготовления. Если смоделированное на компьютере устройство отвечает всем необходимым требованиям, то инженеры переходят к изготовлению прототипа. Такой подход минимизирует, а в идеале устраняет, возможность неудачи.

Традиционные модели транспорта для полупроводниковых устройств трактуют электроны и дырки как классические частицы. Существует огромное количество программного обеспечения, которое позволяет моделировать полупроводниковые устройства, используя такое классическое приближение. Однако, при уменьшении размеров устройств до нанометров, граница между устройством и материалом становиться расплывчатой. Квантовомеханические эффекты структуры материала, лежащего в основе наноустройства, доминируют над характеристиками самого устройства.

«Среди множества методов моделирования самым современным, безусловно, является так называемый метод Монте-Карло, который основан на использовании физики элементарных частиц и транспорта по принципу случайных чисел», - объясняет доктор Jean Michel Sellier. «Это может звучать немного странно, но моделирование детерминированного поведения частиц в устройствах при помощи метода случайных чисел - это уже успешно использованный метод для моделирования микронных и субмикронных устройств, который был недавно модифицирован для моделирования наноразмерных устройств, где квантовые эффекты начинают оказывать влияние».

Sellier – основатель SouthNovel, компании по разработке программного обеспечения для моделирования полупроводниковых устройств. SouthNovel разработала Aeneas – передовую программу для моделирования квантового транспорта в трёхмерных полупроводниковых устройствах из органических и неорганических материалов при помощи метода Монте Карло.

С помощью программы Aeneas были успешно смоделированы некоторые наноустройства, которые показывают интересные возможности наноэлектроники.

«В действительности одна из самых важных и передовых характеристик новых структур электронных устройств является то, что они могут быть полностью трёхмерными и иметь различные формы, которые совершенно не похожи на таковые в микроэлектронике», - говорит Sellier. «До настоящего времени ни полупроводниковые компании, ни академические институты не обладали программным обеспечением, которое позволяло бы моделировать полностью трёхмерные формы. Именно поэтому программа Aeneas компании SouthNovel сегодня считается самым современным симулятором, который использует метод Монте-Карло».

Чем дальше продвигаются полупроводниковые компании в глубь неосвоенных нанотерриторий, тем всё более необходимыми становятся современные программы для моделирования полупроводниковых устройств.


В статье использованы материалы: Nanowerk, SouthNovel


Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 


Комментарии
Скоро мне кажется, в процессе изготовления чего либо, человек не будет участвовать. Все будет машинизировано!

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

углеродные волокна и серебро
углеродные волокна и серебро

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Супергибридный материал для хранения водорода. Двумерная соль. Существование виртуальных мультиферроиков подтверждено. Чёрные бабочки. Служение науке и немного поэзии.

Конкурс микрофотографий ZEISS Perspectives
Приглашаем специалистов, работающих с микроскопами ZEISS, Bruker, WITec принять участие в конкурсе микрофотографий ZEISS Russia&CIS «Перспективы».

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Графеновые маски выходят на борьбу с Covid 19. Графен губит вирусы. Сенсор для противотуберкулезного препарата. Взаимодействие Дзялошинского-Мории и механическая деформация. Скирмионы займутся растяжкой?

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.