A mikroelektronika csodái
(Rövidített
változat)
A mikroelektronika tudománya a tranzisztor felfedezésétől az
első integrált áramkörökig hosszú fejlődési utat futott be.
Az IC-k megjelenésével az alapvető kérdés az lett, hogy egy
csipen hány tranzisztort tudunk elhelyezni. Az 1970-es évek
elején az Intel kereskedelmi igazgatója Gordon Moore a következőképpen
összegezte cége tapasztalatait: minden évben kétszer annyi tranzisztort
tudunk rátenni egy csipre, mint az előző esztendőben. Akkor
azt remélték, hogy a három éve mutatkozó trend kitart talán
még három esztendeig. Ki sejtette volna, hogy ez a tendencia
máig is érvényes lesz, mindössze a 2-es szorzó lecsökken 1,8-re.
Így lett a megfigyelésből „törvény”. A miniatürizálás hihetetlen
ütemben folyik. Jelentősége nem kizárólag az eszközök könnyebb
kezelésében rejlik, hanem a méretcsökkenés hatására a számítások
biztonsága is megnövekedett. A mikroelektronika, a nanotechnológia
fejlődéséről, a magyar eredményekről beszélgettünk Gyulai József
akadémikussal. Meddig
folyhat a miniatürizálás? Hol a határ?
Ha
a kialakult ütemet tartani tudjuk, akkor 2016-ban érünk el
ahhoz a mérethez, amelynél lejjebb már nem lehet menni, mert
akkor egyszerűen nem fér el elég atom ahhoz, hogy tranzisztorként
működjék ez a szerkezet. Ez valójában közel 20 nanométeres
méretet jelent. Ebben a mérettartományban működő tranzisztort
készíteni hihetetlen teljesítményt igénylő feladat. A tranzisztorban
van egy szigetelőréteg, és a szigetelőrétegen lévő vezető
vezérli a szigetelő alatti vezetőréteg áramát. Egy ma szabványosított
50-60 nanométeres tranzisztornál a szigetelőréteg (dielektrikum)
vastagsága 2 ±
0,2 nanométer lehet. A szigetelő egy oxidréteg, amelyet a
szilíciumra növesztenek úgy, hogy legföljebb egyatomos lépcsők
lehetnek az oxidréteg alatt a szilícium felszínén. Mi több,
a lépcsők száma sem lépheti túl a 109-et négyzetcentiméterenként,
ami azt jelenti, hogy durván minden ezredik atom helyén tűrhető
el egy atomnyi lépcső. És mindezt egy 300 milliméter átmérőjű
szilíciumlap teljes felületén valósítják meg. Az eljárás elképesztő
precizitást igényel. Tökéletesen kézben kell tudni tartani
az oxidot növesztő kemence aerodinamikai viszonyait, a kemencében
kialakuló hőmérsékletet, az oxigénatomok eloszlását. Ez komoly
háttéripart, nagyléptékű fejlesztéseket követel, melynek előnyeit
azután az autóiparban, az élelmiszeriparban és más területeken
élvezhetjük. A precizitás kényszere igazi húzóerő!
Miért
nő a számítások biztonsága a miniatürizálás előrehaladtával?
Ha
kellő mennyiségű „intelligenciát” zsúfolunk egy integrált
áramkörbe - mely intelligenciát persze mi hoztunk létre –
akkor az így megalkotott csip önmagában „fortyog”, ritkábban
kérdez, kevesebb kontaktusra van szüksége, kisebb annak az
esélye, hogy az ember hibázik, s ezért nő a számítások megbízhatósága.
A mai fejlettségi szinten nagyjából azt lehet mondani, hogy
1010 művelet végzése esetén fordulhat elő
egy tévesztés, de még ez sem valószínű, hogy katasztrófát
okoz, mert a processzor százszor és ezerszer újra tud számolni
mindent, mielőtt a számítások eredményeit alkalmaznánk.
Mi
kelti ezeket a hibákat?
Ha
egy kozmikus- vagy radioaktív részecske végigszalad az integrált
áramkörön, akkor az útjába került tranzisztorokat elektron--lyuk
párokat létrehozva át tudja tölteni. Ez nem túlságosan ritka
jelenség. Például az áramköröket magába foglaló műanyag tokokból
szinte lehetetlen kiirtani a tóriumszennyezést. Egy filléres
karóra azért nem megbízhatóbb, mint a havi egy perces pontosság,
mert a tok alfarészecskéi a csipjét párszor áttöltik.
Hol
állunk mi, magyarok ezekben a fejlesztésekben?
Mi,
magyarok nehezen csatlakozhatunk be a gyártás élvonalába,
hiszen nálunk nincsenek milliárdos laborok és üzemek. Ugyanakkor
keresnünk kell az olyan problémákat, amelyek a mi felszereltségünkkel
is reálisan megoldhatók. Némi cinizmussal azt mondhatom, hogy
ha egy fejlesztés kapcsán a második cikket nem az amerikaiak
vagy a japánok írják az adott témából, akkor valószínűleg
rossz volt a témaválasztás. Az én életemben a 74-75-ös amerikai
tartózkodás volt a csúcs, akkor éreztem először és utoljára
azt, hogy többet tudok, mint az IBM-esek. Amerikai kollegákkal
kitaláltunk és egy doktoranduszom kiváló munkájával megvalósítottunk
egy olyan trükköt, amelyet azóta is használnak az IC-gyártásban.
S bár a jövőben már aligha lesz rá szükség, az elmúlt 25 évben
nem volt megkerülhető.
Horányi
Gábor Vissza az oldal tetejére
/ Back to the top of the page |