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

Tartalom | Szerkesztőség | E-mail | Előfizetés | Kereső | Látogatóban | Könyvtermés | Játék | Archivum

Webmester: gad
Oldalainkhoz 800x600-as felbontást és high color színmélységet ajánlunk!
Copyright Élet és Tudomány © 2000