Stix Gary - Przekroczyć granice.pdf - świat nauki - joliet_

MIKROELEKTRONIKA

Ð Nie istnieje skuteczny sposb zmniej-

szenia rozmiaru po¸czeÄ, tak jak to si«

robi z tranzystorami.Ó

Gdy zmniejsza si« szerokoæ æcieýki,

a elektrony musz przebywa odleg¸oæci

wielokrotnie przekraczajce d¸ugoæ tran-

zystora, to opr po¸czeÄ stawiany prdo-

wi elektrycznemu roænie. Rwnieý po-

jemnoæ Ð niepoýdane gromadzenie si«

energii elektrycznej mi«dzy blisko po¸o-

ýonymi przewodami Ð moýe spowolni

przep¸yw prdu lub spowodowa nie-

w¸aæciwe prze¸czenie bitu z 0 na 1.

Setki metrw po¸czeÄ, ktre przeni-

kaj niektre z najnowoczeæniejszych

obecnie mikroprocesorw, jest odpowie-

dzialnych za mniej wi«cej po¸ow« op-

nieÄ sygna¸w krýcych wewntrz

uk¸adw scalonych. W dodatku po¸cze-

nie oko¸o 7 mln tranzystorw wewntrz

tych uk¸adw Ð wyczyn, ktrego efek-

tem jest pi«cio- lub szeæciowarstwowy

stos przypominajcy drapacz chmur Ð

poch¸ania dziæ po¸ow« kosztw produk-

cji. Pi« lat temu by¸a to trzecia ich cz«æ.

Przez lata wytwrcy uk¸adw scalo-

nych nie przywizywali wagi do po¸-

czeÄ. ãZajmowaliæmy si« nimi dopiero

w dalszej kolejnoæciÓ Ð mwi Kenneth

Monnig, menedýer programu w kon-

sorcjum przemys¸owym SEMATECH.

Problem ten wysun¸ si« jednak na czo-

¸o zagadnieÄ technologicznych, wymu-

szajc duýe zmiany w zakresie stosowa-

nych materia¸w i przebiegu produkcji.

Rozwizaniem z pozoru prostym jest

zamiana po¸czeÄ aluminiowych, obec-

nie standardowych, na miedziane.

Mied ma mniejsz rezystywnoæ i jest

mniej podatna na tzw. wiatr elektrono-

wy Ð zjawisko polegajce na wybijaniu

atomw metalu przez g«sty prd prze-

p¸ywajcy cienkim przewodem. ãW me-

talu tworzy si« przerwa, poniewaý elek-

trony przedmuchuj czsteczki miedzi

w koniec przewoduÓ Ð wyjaænia G. Dan

Hutcheson, prezes VLSI Research.

Jednakýe zastpienie aluminium mie-

dzi nie by¸o i nie jest marzeniem wy-

twrni z przesz¸o miliardowymi kapita-

¸ami. Chociaý fabryki uk¸adw scalonych

stosuj juý stopy aluminium z niewiel-

k iloæci miedzi, pe¸ne przestawienie na

now technologi« b«dzie prawdopodob-

nie wymaga¸o zmian podstawowych za-

sad procesu wytwarzania.

Aluminium moýna nak¸ada cienk

warstw i trawi za pomoc plazmy jo-

nowej w celu wytworzenia linii po¸-

czeniowych. Miedzi natomiast trzeba

wype¸nia wskie rowki wyý¸obione

w otaczajcym materiale izolujcym.

Metal musi je wype¸ni jednolicie Ð row-

ki maj szerokoæ jednej czwartej mi-

krona lub mniejsz. Ponadto mied

przenika zwykle do otaczajcego j

krzemu, co moýe zablokowa zdolnoæ

tranzystora do prze¸czania.

Wi«kszych sukcesw naleýy si« spo-

dziewa po uýyciu lepszych izolatorw,

inaczej dielektrykw, dzi«ki czemu

zmniejsz si« pojemnoæci wbudowane

powodujce opnienia sygna¸w. Dwa

przewody umieszczane coraz bliýej sie-

bie zaczynaj dzia¸a bardziej jak kon-

densator, czyli element gromadzcy ¸a-

dunek elektryczny, i przestaj przy-

pomina autostrad«, ktr elektrony p«-

dz z miejsca na miejsce.

Wytwrcy uk¸adw scalonych poszu-

kuj obecnie zamiennika najcz«æciej sto-

sowanego dielektryka Ð dwutlenku

krzemu. Jedynym jego grzechem jest

duýa wartoæ sta¸ej dielektrycznej Ð mia-

ry zapobiegania wzajemnemu zaburza-

niu sygna¸w w ssiednich przewodach.

Im sta¸a dielektryczna jest mniejsza, tym

¸atwiej unikn przes¸uchw.

Zamienniki dwutlenku krzemu s

jednak obarczone mnstwem niepo-

ýdanych w¸aæciwoæci. ãStyropianowy

kubek na twoim biurku ma nisk sta¸

dielektryczn, ale utrzymanie go w nie

zmienionym stanie w 400¡C podczas

procesu produkcyjnego to ca¸kiem nowe

wyzwanieÓ Ð mwi Bohr. Testuje si«

polimery takie jak teflon, mi«kn one

jednak w wysokich temperaturach.

ãIstnienie pi«ciu warstw takiego ma-

teria¸u jest wysoce niepoýdaneÓ Ð

twierdzi Fabio Pintchovski, dyrektor

pracowni badaÄ materia¸w w Motoro-

la Semiconductor.

Przekroczy granice

Wytwrcy uk¸adw scalonych

napotkali powaýn barier«

dalszego post«pu

kontra Georg Simon Ohm i Mi-

chael Faraday. Prawu MooreÕa Ð

cz«sto przytaczanej przepowiedni eme-

rytowanego szefa Intela, ýe post«p

w rozwoju uk¸adw scalonych b«dzie

si« odbywa¸ ogromnymi skokami do-

konywanymi w æmiesznie krtkim cza-

sie Ð zaczynaj zagraýa zast«py omw

i faradw, jednostek oporu i pojemnoæci

wywodzcych swoje nazwy od wspo-

mnianych XIX-wiecznych uczonych.

Zgodnie z prawem MooreÕa przez ci-

g¸e zmniejszanie rozmiarw tranzysto-

rw i upychanie ich coraz bliýej siebie

liczba miniaturowych prze¸cznikw

(tzw. bramek) w jednym uk¸adzie scalo-

nym podwaja si« co 18 miesi«cy. Jednak

zasada uzyskiwania ãwi«cej w mniej-

szymÓ nie stosuje si« do æcieýek ¸cz-

cych miliony tranzystorw w najszyb-

szych mikroprocesorach. ãW pierw-

szych dziesi«cioleciach rozwoju tej dzie-

dziny to tranzystory, a nie po¸czenia

mi«dzy nimi zaprzta¸y nam g¸owy Ð

mwi Mark T. Bohr, dyrektor Intela ds.

architektury przetwarzania i integracji.

WARSTWA 5

IZOLATOR Ð DWUTLENEK KRZEMU

WARSTWA 4

ALUMINIOWE POüCZENIA

WARSTWA 3

POLCZENIA WOLFRAMOWE

WARSTWA 2

WARSTWA 1

TRANZYSTORY

PODüOûE KRZEMOWE

DRAPACZ CHMUR utworzony przez stos po¸czeÄ.

Nad powierzchni mikrouk¸adu trzeba po¸czy, lekko liczc, 7 mln tranzystorw

tworzcych nowoczesny mikroprocesor. Wolframowe mostki zapewniaj

po¸czenia mi«dzy warstwami przewodnikw. Przewody staj si« grubsze

w wyýszych warstwach, aby zmniejszy opr, dzi«ki czemu po¸czenia

oddalonych grup tranzystorw mog by bardzo szybkie.

18 å WIAT N AUKI Lipiec 1997

T rwaj zawody Ð Gordon Moore

Poprzez dodanie atomw fluoru lub

w«gla moýna uczyni dwutlenek krze-

mu lepszym dielektrykiem. W Trikon

Technologies z Chatsworth (Kalifornia)

stwierdzono ostatnio, ýe w«giel zmniej-

sza do po¸owy sta¸ dielektryczn dwu-

tlenku krzemu. Przemys¸ przyj¸ jednak

postaw« wyczekujc, poniewaý dodat-

ki do dwutlenku krzemu mog podczas

produkcji wywo¸ywa niepoýdane re-

akcje chemiczne.

Wiedzc, ýe powietrze ma najniýsz

sta¸ dielektryczn spoærd wszystkich

substancji, jedna z firm opracowa¸a tech-

nologi« wytwarzania dielektrykw

przypominajcych szwajcarski ser. Po-

rowaty dwutlenek krzemu jest produ-

kowany przez Nanoglass Ð joint ventu-

re Allied-Signal z nowo powsta¸ Na-

noPore z Nowego Meksyku. årednica

wype¸nionych powietrzem porw wy-

nosi zaledwie 10 nm.

Materia¸ ten, podobny do substancji

znanych jako aeroýele, moýe osign

sta¸ dielektryczn tylko niewiele prze-

kraczajc sta¸ samego powietrza. Pro-

ducenci musz jeszcze okreæli, czy wy-

trzyma on wszystkie etapy produkcji.

Czas ucieka, a licznych problemw

technicznych nie uda¸o si« rozwiza.

ãOdpowiedzi nie s prosteÓ Ð narzeka

Robert Havemann, pracownik Texas In-

struments. Nawet jeæli producenci uk¸a-

dw scalonych b«d mogli wprowadzi

po¸czenia miedziane i dielektryki tak

dobre jak powietrze, to i tak wystarczy

to zaledwie na jakieæ 10 lat Ð dopki nie

pojawi si« zapotrzebowanie na zupe¸-

nie now technologi«. By moýe po¸-

czenia w obwodach elektrycznych b«d

realizowane za pomoc fal æwietlnych

lub sygna¸w radiowych. Prawdopo-

dobne s rwnieý ca¸kiem odmienne

rozwizania, ktre zrealizuj postulat

ãmniejsze jest lepszeÓ. Jeýeli nowa re-

wolucyjna technologia si« nie pojawi,

w wydanych w przysz¸oæci ksiýkach

historycznych prawo MooreÕa b«dzie

opisane jako m¸odzieÄczy wybryk prze-

mys¸u elektronicznego.

Gary Stix

MEDYCYNA

Nast«pnego dnia po zabiegu Sher-

man przyk¸ada magnes do klatki pier-

siowej, ýeby uruchomi pulsowanie roz-

rusznika. ãOch, patrz, patrz, kochanie

Ð wykrzykuje ýona, widzc, ýe nie kon-

trolowane drýenie r«ki prawie ustaje. Ð

Dotychczas musia¸ nosi koszule na na-

py i buty na rzepy Ð mwi Ð teraz zapi-

na guziki i wiýe sznurowad¸a.Ó Opa-

nowanie drýenia rk Sherman zawdzi«-

cza temu, ýe przed 45 laty pewien chi-

rurg pope¸ni¸ b¸d. Chcc usun inn

struktur« mzgu u pewnej pacjentki,

przypadkowo odci¸ dop¸yw krwi do

wzgrza. Po wybudzeniu drýenie rk

u niej usta¸o. Neurochirurdzy w koÄcu

zlokalizowali we wzgrzu obszar wiel-

koæci grochu, po zniszczeniu ktrego

drýenie ust«puje.

Jednakýe metoda ta, zwana talamo-

tomi, wywo¸uje niekiedy zaburzenia

czucia i mowy. Wprowadzenie w p-

nych latach szeædziesitych trzech no-

wych lekw zmniejszajcych ruchy mi-

mowolne i drýenia charakterystyczne

dla choroby Parkinsona wyelimino-

wa¸o leczenie chirurgiczne. Leki te

wi«kszoæci pacjentw pomagaj do-

ranie, ale oko¸o 5% chorych z drýe-

niem samoistnym i oko¸o 10% z choro-

b Parkinsona nie doznaje od-

powiedniej ulgi. W 1987 roku

Alim L. Benabid z Universit

Joseph Fourier w Grenoble

(Francja) wykona¸ inny zabieg

neurochirurgiczny. Zamiast

zwi«kszy napi«cie na elek-

trodzie, ýeby wypali ogniska

we wzgrzu, pozostawi¸ j w

mzgu wysy¸ajc 130 razy na

sekund« impulsy o niskim na-

pi«ciu. Metoda implantacyjna

zmniejsza¸a drýenie tak jak

talamotomia, ale okaza¸a si«

bezpieczniejsza.

Uzyskane wyniki Benabid

przekaza¸ firmie Medtronic

w Minneapolis. Jest ona g¸w-

nym producentem defibrylato-

rw oraz rozrusznikw serca

i okaza¸a ýywe zainteresowa-

nie moýliwoæci ujarzmienia tej

niesfornej struktury mzgu.

W 1993 roku rozpocz«¸a bada-

nia kliniczne o zasi«gu global-

nym, a w 1995 roku Ð sprzedaý

tego urzdzenia w Europie Za-

chodniej, Australii i Kanadzie.

Dyrektor medyczny firmy

Medtronic, Donald H. Hark-

ness, twierdzi, ýe u 80% spo-

Opanowa drýenie

Rozrusznik mzgu

wkracza na rynek

cal Center w Kansas City

neurochirurg pochylony nad

wiert¸em drýy dwucentymetrowy

otwr w sklepieniu czaszki Russella D.

Shermana. Pacjent ledwie to czuje. Przy-

tomny i uæmiechni«ty 69-letni hydraulik

z Carrington w Dakocie P¸nocnej wy-

t«ýa g¸os, usi¸ujc przekrzycze

ha¸as, i wyjaænia, dlaczego po

raz pity w cigu ostatnich dzie-

wi«ciu miesi«cy odby¸ t« prawie

1300-kilometrow podrý, aby

podda si« operacji polegajcej

na wprowadzeniu cienkiego

przewodu elektrycznego do m-

zgu. ãSam byæ to zrozumia¸ Ð

mwi Ð gdybyæ nie mg¸ ani pi-

sa, ani napi si« z kubka.Ó

Od m¸odych lat Sherman cier-

pia¸ z powodu drýenia samoist-

nego, dziedzicznej choroby zwy-

rodnieniowej, ktra odznacza si«

regularnym i drobnofalistym

drýeniem koÄczyn (zazwyczaj

grnych), g¸owy, ýuchwy oraz

g¸osu. Schorzenie to obj«¸o oby-

dwie jego r«ce i by¸o nie do opa-

nowania. Jednak jeszcze przed

operacj powita¸ mnie silnym

uæciskiem d¸oni. Drýenie prawej

r«ki ustpi¸o po umieszczeniu

w lewej p¸kuli mzgu elektro-

dy po¸czonej ze specjalnym roz-

rusznikiem bateryjnym pod sk-

r klatki piersiowej. Dziæ elek-

troda zostanie zaimplantowana

w prawej p¸kuli w celu opano-

wania drýenia r«ki lewej.

ELEKTRONICZNY WSZCZEP w mzgu zapobiega

samoistnemu drýeniu koÄczyn.

å WIAT N AUKI Lipiec 1997 19

W University of Kansas Medi-

Stix Gary - Przekroczyć granice.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: