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

 

Спиральные нанотрубки
Спиральные нанотрубки

Обложка февральского выпуска Journal of Applied Physics
Редакция научного журнала Journal of Applied Physics выбрала в качестве иллюстрации обложки февральского выпуска изображение доменной структуры гексагонального (h-)ErMnO3, полученного группой пользователей NT-MDT с факультета материаловедения и инженерии Норвежского университета науки и технологии (NTNU)

Наносистемы: физика, химия, математика (2021, Т. 12, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume12/12-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Механизмы механо-бактерицидного действия наноструктурных поверхностей. Кубан и кубаноиды. Оптический гетеродин для измерения времени сверхкоротких импульсов. Трещать по швам правильно: однонаправленный разрыв метаматериала.

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

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!



 
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.