«Вытянутую одежду в день стирки не надевай», — так гласит старинная пословица, но в производстве микропроцессоров удалось повысить производительность схем, применяя «растянутые» атомные структуры кремния в основных узлах устройства.
В «растянутых» полупроводниках с большим пространством между атомами кремния, называемых «напряженным кремнием», электроны более легко движутся через материал. Исторически, полупроводниковая промышленность давно использовала напряженный кремний в обычных микропроцессорах, таких, которые стоят в обычных компьютерах.
Но в гибкой электронике, в которой схемы смонтированы на гибком пластике, производители не смогли использовать напряженный кремний, что обусловило ограничение их теоретической скорости работы на уровне приблизительно 15 ГГц. Однако, благодаря новому производственному процессу, впервые реализованному инженерами Висконсин-Мэдисоновского Университета США (University of Wisconsin-Madison), это ограничение может быть снято.
«Новая технология, которую мы применили, еще не сильно отличается от старой технологии. Если бы мы действовали более решительно, то могли бы достичь частоты 30 и 40 ГГц.», — говорит Женкьянг Ма (Zhenqiang Ma), профессор вычислительной и электротехники. Ма и его коллеги опубликовали доклад о результатах своей работы в «Nature Scientific Reports» 18 февраля 2013 года.
Ученые, под руководством профессора Ма, использовали в гибкой электронике парадокс растянутого и легированного кремния. Процесс напряжения кремния напоминал растягивание футболки. Исследователи тянули слой кремния над атомарно большим слоем германиево-кремниевого сплава, который растягивал кремний и возникающими силами увеличивал пространство между его атомами. Это позволяло создавать лучшие условия для движения потока электрона, так же как поток воздуха может лучше проходить через отверстия в растянутой футболке.
Однако Ма вместе с профессором Максом Лагалли (Max Lagally) и адъюнкт-профессором Паулем Войлесом (Paul Voyles) разработали метод, при котором допинг кремния не искажает гибкую структуру материала. Исследователи называют новую структуру «структурой ограниченного обмена». Ма считает, что использование их метода для разработки нового поколения гибкой электроники, позволит достичь более высоких тактовых частот вычислительных устройств и снижения удельного энергопотребления.
