Bez vody i větráků

Tepelně odolný karbid křemíku Japonští výzkumníci ověřili v praxi postup pro výrobu čipů z nové křemíkové sl...


Tepelně odolný karbid křemíku
Japonští výzkumníci ověřili v praxi postup pro výrobu čipů z nové křemíkové
sloučeniny. Ta je již od 50. let minulého století známa svými podstatně lepšími
vlastnostmi než samotný křemík, avšak jejímu použití dosud bránily problémy při
výrobě.
Možnosti křemíku přestávají stále rychlejšímu vývoji menších a integrovanějších
čipů stačit. Vývojáři již delší dobu testují nové materiály i principy, na
nichž by čipy budoucnosti měly fungovat, avšak ještě několik let se bezpochyby
křemík pro výrobu čipů bude používat.

Nejen výkon
Problémem přitom není jen výkonový strop, daný velikostí tranzistorových
hradel. Ta se podle očekávání Intelu stanou nejpozději za 15 let osudovou
překážkou pro platnost Moorova zákona. Při pokračující miniaturizaci
tranzistorů (která kromě snížení ceny znamená i kratší dráhy elektronů a tím i
rychlejší čipy) se totiž v oné předpokládané době kolem roku 2019 bude pro
jejich výrobu používat 16nanometrová technologie, při které bude mít hradlo
velikost 5 nanometrů a přestane být schopné řídit směr pohybu elektronů.
To jsou poměrně zásadní a až notoricky opakované problémy, dané samotnou
architekturou současných čipů. Problém se však stává i samotný křemík. Přes své
nepopiratelné přednosti pro výrobu a elektrickou vodivost spočívá jeho výrazná
nevýhoda ve velmi nízké tepelné odolnosti. Křemíkové čipy jsou citlivé na
teplo, generované svými vlastními obvody, a musejí být proto chlazeny
nejčastěji vzduchem, tedy podobně, jako to dělají známé větráčky na
procesorech; v poslední době však i ve výkonnějších osobních počítačích
přichází ke slovu voda.
Procesory totiž generují čím dál více tepla, a to má za následek problémy s
jeho odváděním. Větráčky při vysokých otáčkách způsobují nepříjemný hluk a
navíc ani mnohdy procesor účinně neochladí. Ještě podstatně náročnější oblastí
jsou z tohoto pohledu různé vědecké aplikace elektroniky, kdy se teplu
prakticky nedá vyhnout příkladem může být třeba kosmonautika, kde navíc
vyvstává problém s odstíněním radioaktivity.

Japonský objev
Výše popsané potíže by mohl vyřešit objev japonských výzkumníků z vývojových
laboratoří firem Toyota a Denso Corporation. Podle serveru Nature.com se jim
podařilo překonat potíže při výrobě křemíkové sloučeniny (karbidu křemíku,
SiC), která je mnohem odolnější vůči teplotním vlivům. Splnili přitom klíčový
požadavek pro masovou výrobu, jímž je snadné zhotovení waferu (křemíkového
plátu), z něhož se pak prostřednictvím litografie vyrábějí vlastní čipy.
Při použití čistého křemíku se obvody vyrábějí z těchto waferů a poté je na ně
nanášena vrstva chemikálií, které mají zlepšit elektrickou vodivost čipů. Při
stejném postupu s křemíkovým karbidem, o který se vědci pokoušeli již v 70.
letech minulého století, však získané wafery trpěly nízkou kvalitou. Na vině
byly především mikroskopické trhliny, které způsobovaly ztrátu funkčnosti a
mohly vést až ke snížení pevnosti obvodů, jenž poté v provozu selhávaly.

Vrstva po vrstvě
Tým Kazumasa Takatoriho z japonské Toyoty však přišel s řešením v podobě
usměrňování krystalů karbidu křemíku tak, aby tuhnoucí sloučenina
krystalizovala s minimem poruch. Vědci takto pečlivě "vystavěli" krystal vrstvu
po vrstvě, což jim umožnilo vytvořit slitek křemíkové sloučeniny malé cihličky,
z níž se pak vyřezávaly wafery (wafery z čistého křemíku i karbidu se z
monokrystalů obvykle vyřezávají diamantovými pilami).
Předchozí výzkumy přitom prokázaly, že elektronická zařízení, zhotovená z této
sloučeniny, jsou bez potřeby chlazení schopna provozu při teplotě až 650 ?C. To
samozřejmě neznamená, že by se s takovou teplotou počítalo pro provoz budoucího
PC, došlo by k destrukci mnoha dalších součástek. Výsledky výzkumu by ale i tak
mohly znamenat převrat v elektroprůmyslu i počítačových sestavách nejen
náročných uživatelů.

Karbid křemíku
Chemické složení: SiC
Chemické vlastnosti: Je inertní vůči vlhkosti a stálý v oxidační atmosféře
dokonce i za vysokých teplot.
Vodivost: Polovodič
Použití: Jako brusivo (pod názvem Karborundum; karbid křemíku se totiž svou
tvrdostí blíží diamantu), při výrobě keramiky či v práškové metalurgii
(legování litin a ocelí), mechanické ucpávky v čerpadlech či elektromotorech.
Dodavatelé: Výrobcem a zpracovatelem karbidu křemíku ve střední Evropě je např.
společnost Best Business (www.bestb.cz/ /sic/sic1.htm).
Co číst dál: Článek na serveru Osel.cz (www.osel.cz/index.php? clanek=821)
popisuje uplatnění karbidu křemíku i v nanotechnologiích při výrobě tzv.
nanokvětin.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.