Читать книгу Журнал PC Magazine/RE №02/2009 - PC Magazine/RE - Страница 8

«Закон Мура» для микроэлектроники – примерно то же самое, что правило Тициуса—Боде для небесной механики. Эмпирическая закономерность, вроде бы ни на каких объективных законах физики не основанная, но в то же время подтверждаемая новыми наблюдениями.

Вот и еще одно сообщение: физики из Женевского университета создали сверхпроводящий транзистор. Если направление, которое они начали разрабатывать, за разумное время будет доведено до промышленного производства, быстродействие интегральных микросхем преодолеет очередной рубеж.

История началась еще в 2007 г., когда в Женевском университете был выращен кристалл из двух оксидов, титаната стронция и алюмината лантана, причем два этих химически разнородных компонента образовали физически единый кристалл. На границе между ними исследователи обнаружили слой свободных электронов, свойства которых хорошо описывало приближение электронного газа. При охлаждении кристалла до температуры 0,3 К электронный газ становился сверхпроводящим – заряд переносился облаком электронов без каких-либо тепловых потерь.

В 2008 г. та же группа исследователей разработала надежное электронное реле, позволяющее включать и выключать эффект сверхпроводимости в данном кристалле посредством прилагаемого извне напряжения. Таким образом, фактически создан сверхпроводящий транзистор на полевом эффекте – краеугольный элемент современной микроэлектроники.

Типичный транзистор на полевом эффекте представляет собой протяженный фрагмент полупроводникового материала, на одном конце которого находится электрод-источник, а на другом – сток свободных электронов. Путь, по которому перемещаются электроны, может перекрывать третий электрод, затвор. Таким образом, при помощи устройства реализуется логическая единица (ток есть) или ноль (тока нет).

Скорость, с которой одно состояние транзистора может меняться на другое, ограничивается тепловой инерционностью системы. Сопротивление канала превращает часть энергии тока в тепло, и чем чаще производится переключение затвора, тем сильнее тепловыделение. Сверхпроводящий транзистор на полевом эффекте, очевидно, от проблем с потерями тепла избавлен и потому может работать на существенно более высоких скоростях, чем традиционный.

Швейцарские ученые использовали ту часть своего кристалла, что образована алюминатом лантана, в качестве источника электронов, а ту, что состоит из титаната стронция, как сток. Пока к затвору не приложено напряжение, охлажденная до 0,3 К система пропускает электрический ток без какого-либо сопротивления, это состояние логической единицы. Однако при приложении напряжения к электроду стока облако электронного газа смещается от терминального слоя в глубину кристалла, и среда для переноса тока попросту исчезает, – образуется состояние логического нуля.

Хотя лабораторная установка работает сейчас вполне уверенно, до создания сколько-нибудь функциональных схем на транзисторах такого рода пройдет еще немало времени. И если не удастся миниатюризовать сверхпроводящие транзисторы к тому моменту, когда вычислительные схемы на них окажутся востребованными с точки зрения производительности, вполне возможно, что суперкомпьютеры будущего снова займут целые комнаты, громадные залы и этажи, как первые вычислительные системы прошлого. И в качестве пристройки – небольшая криогенная станция.