Hirdetés

Hirdetés

Népszerű tudomány

Fejlesztések a nanoelektronikában

Szinte közhely, hogy a mikroelektronika, sőt, immár nanoelektronika visszafordíthatatlanul mindennapi életünk részévé vált.

Azóta, hogy 1947-ben elkészítették a világ első tranzisztorát, a fejlődés megállíthatatlannak tűnik: mára az emberiség 80%-ának olyan okostelefonja van, amely számítási kapacitásban sok nagyságrenddel múlja felül a holdra szállást vezénylő összes számítógépet. Felmerülhet a kérdés, hogy vajon van-e még tér a piac bővülésére (van-e a számítástechnika által még nem telített szegmens), és hogy egyáltalán lehetséges-e még nagyobb teljesítményű mikro- és nanoelektronikai eszközöket készíteni.

szilíciummérő

A félvezetőipar válasza mindkét kérdésre határozott igen. Lehet ugyanis minden személynek okostelefonja és internethozzáférése, a világon még számos olyan dolog létezik, amely nincs hálózatba kötve. Rengeteg eszköz van, amelynek hatékonysága jelentősen növelhető, ha okossá tesszük, azaz megfelelő érzékelőkkel, számítási kapacitással és hálózati összeköttetéssel látjuk el őket, létrehozva a dolgok internetét (internet of things, IoT). Ennek minden lépéséhez félvezető eszközök szükségesek, csakúgy, mint az alacsonyabb fogyasztás és jobb energiahatékonyság eléréséhez a mosógéptől a mozdonyig.

Lehetséges az olyan félvezető eszközök kifejlesztése és tömeggyártása, amelyekkel a fenti célok megvalósíthatók. A mikrocsipek teljesítményének növekedését hagyományosan Moore törvénye írja le, amely kimondja, hogy egy integrált áramkörben a tranzisztorok száma körülbelül kétévente megduplázódik, azaz ugyanannyi szilíciumból kétszer annyi számítási kapacitás (vagy memória) állítható elő.

Hogyan valósítható ez meg? Egyrészt természetesen az egyes tranzisztorok kiterjedése minden irányban egyre csökken a gyártás során használt fotolitográfiai eljárás robbanásszerű fejlődésének hatására. A világ első tranzisztora egy nagyobb levélnehezékre hasonlított, később az integrált áramkörök érintkezőit még kézi munkával forrasztották a helyükre ügyes kezű operátorok, ma viszont a néhány nanométeres karakterisztikus méret jellemző, aki 2019-ben felső kategóriás telefont vásárol, az például biztosan 7 nanométeres technológiával készült processzort tudhat magáénak. Másrészt, amikor egy-egy komponens méretének puszta csökkentése már nem éri el a kívánt eredményt, vagy fizikailag nem lehetséges, az eljárások ugrásszerű módosításával (pl. új anyagok vagy új geometriai elrendezés bevezetésével) a fejlődést fenn lehet tartani.

Ehhez természetesen jelentős K+F tevékenység szükséges: miközben a felhasználók még csak most veszik kezükbe a legújabb, 7 nanométeres generációjú eszközöket, az ipar már az 5 nm-es generáció bevezetésén dolgozik, a kutatás pedig a 3 nm-es, illetve 2 nm-es generáció kialakításáért zajlik. A költségek nem kicsik; egy legújabb generációs mikrocsipgyár költsége 4-5 milliárd dollárra tehető, ezért nem meglepő, hogy csak a legnagyobb gyártók engedhetik meg maguknak, hogy beruházzanak. Erre a fejlődésre az iparág a „More Moore” kifejezést használja.

Az okoseszközök világához azonban nemcsak a fenti, Moore törvényét követő eszközök fejlesztése szükséges, hanem többletfunkciókat megvalósító eszközöké is. Ezek közös jellemzője, hogy fejlődésük elsősorban nem méretcsökkentésen alapul, így nem szükséges a legújabb generációs (és szükségszerűen a legdrágább) gyártástechnológia használata. Minden más szempontból azonban az eltérő funkciójú eszközök jelentősen különbözhetnek: más-más követelményeknek kell megfelelnie egy optimális képalkotó eszköznek, vagy éppen egy gyorsulásérzékelőnek.

Végül, de nem utolsó sorban az okoseszközök világában ezeket az eszközöket egymással is integrálni kell, ezért napjaink dinamikusan fejlődő területe a heterogén integráció, azaz a különböző funkciójú, külön-külön gyártott eszközök integrálása egy egyben felhasználható komponensbe, amit a felhasználói eszközökbe már közvetlenül be lehet szerelni.

Látható, hogy a mikroelektronika előtt még jelentős, kihasználatlan piaci lehetőségek állnak, és az iparág folyamatosan halad az ezek kihasználásához szükséges kutatás-fejlesztési munkákkal.

 


K+F kutatás

A mikro- és nanoelektronika alapjaiban határozza meg mindennapi életünket. Ez az iparág állítja elő a ma már nélkülözhetetlen számítógépek, mobileszközök és hasonló használati tárgyak központi elemeit, a számos különféle mikrocsipet, processzorokat, memóriákat stb. Ahhoz, hogy a technológia lépést tarthasson az igényekkel, intenzív kutatás-fejlesztésre van szükség, amelynek eredményeképp a gyártási folyamatok néhány évente jelentős megújuláson esnek át.

A közeljövő eszközeiben a megfelelő teljesítmény és a gazdaságos gyártás érdekében igen kifinomult, 10 nanométernél is kisebb karakterisztikus mérettel jellemezhető komponensek kialakítására van szükség, amelyek szerkezeti kialakításukban is eltérnek a korábban alkalmazott megoldásoktól. Az új elektronikus eszközök az eddigi, sík elrendezésűekkel ellentétben háromdimenziós eljárással készülnek, új anyagok felhasználásával.

Könnyen belátható, hogy a hagyományos (pl. képalkotással működő) minőségellenőrző módszerek ebben a tartományban már nem működőképesek. Ezért az európai mérőberendezés-gyártók K+F konzorciumot alakítottak, amelynek célja méréstechnológiák fejlesztése a mikro- és nanoelektronikai eszközök ezen új generációjának laboratóriumi, valamint gyártásközi vizsgálatára.

A nemzetközi konzorciumot a holland Thermo Fischer (FEI) elektronmikroszkóp-gyártó cég vezeti, és részt vesz benne csaknem az összes nagyobb mérőberendezés-gyártó, számos egyetem, valamint a szakterület két vezető európai kutatóközpontja, a belgiumi IMEC ls a francia LETI.

A csoport egyetlen hazai tagja, az NKFIA támogatás kedvezményezettje a Semilab Zrt. A cég az atomerő-mikroszkópiát és a spektroszkópiai méréstechnikákat újszerűen kombináló eljárást fejlesztett az eszközök anyagi hibáinak érintés- és roncsolásmentes, nanométeres felbontású vizsgálatára, valamint új infravörös spektroszkópiai módszert alkalmazott az eszközök anyagösszetételének ellenőrzésére.

A projekt a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap, valamint az ECSEL Joint Undertaking nemzetközi szervezet támogatásával valósul meg 2016. 04. 01. és 2019. 03. 31. között, a NEMZ_15-1-2016-0032. szerződésszám alatt, a Széchenyi 2020 program keretében. A támogatás összege 162 710 000 Ft, a projekt támogatási intenzitása 56,75%.


www.semilab.hu

További cikkek a témában