Zintegrowane obwody krzemowe - technologia bez granic
W naszym wieku magii krzemowej technologia produkcji mikroukładów scalonych rozwija się coraz szybciej. Już w chwili rozpakowywania właśnie zakupionego nowoczesnego laptopa lub cyfrowego aparatu fotograficznego technologia użyta do ich produkcji jest przestarzała. Ale właśnie znaleziono rozwiązanie dla tego problemu. Naukowcy pracujący nad projektem PICMOS, finansowanym ze środków UE kwotą 2,5 miliona euro, opracowali nową metodę produkcji i łączenia mikrolaserów półprzewodnikowych z falowodami krzemowymi, dzięki czemu uzyskiwane są nowe, wydajne i niezwykle silne połączenia optyczne. W tradycyjnych zintegrowanych obwodach ich obszary łączone są cieniutkimi włóknami miedzianymi, których zakres zastosowania jest ograniczony, ponieważ zmniejszają one szybkość przetwarzania mikroprocesorów. Od chwili narodzin mikroukładów scalonych nieprzerwanie trwa ich miniaturyzacja, a jednocześnie liczba tranzystorów włączonych w zintegrowany obwód ulega podwojeniu średnio co dwa lata. Mikroukłady scalone oparte na waflach krzemowych już osiągają granice swych możliwości, ponieważ właściwości fizyczne zintegrowanych obwodów krzemowych na pograniczu nanoskali zakłócają ich funkcjonowanie. Szybkość przepływu danych w obwodach zintegrowanych maleje, gdyż dane są obecnie przesyłane w postaci elektronów za pośrednictwem drutów miedzianych, nazywanych interkonektami miedzianymi. - Interkonekty z drutu miedzianego znacznie ograniczają możliwości krzemowych obwodów zintegrowanych - mówi w rozmowie z serwisem ICT Results Dries Van Thourhout z Grupy Badań Fotonicznych Uniwersytetu w Gandawie oraz belgijskiego centrum badań w dziedzinie mikro- i nanoelektroniki IMEC. - Szybka i odpowiednio efektywna pod względem mocy transmisja danych przez te interkonekty nie jest łatwa. Wiąże się to szerokością fali i miedź nie poradzi sobie w warunkach przetwarzania, jakie gwarantują przyszłe układy scalone. Łącza optyczne byłyby dużo lepsze od miedzianych, ponieważ do przesyłu danych wykorzystywane jest w nich światło, a nie elektrony. Byłyby też potencjalnie dużo bardziej wydajne, przy takim samym lub nawet mniejszym zużyciu energii. Zamiast przepływać po drucie miedzianym, dane wędrują po falowodach wykonanych z krzemu, a nie szkła. - Wiele badań potwierdziło już, że w krzemie można trawić falowody dla fotonów - mówi dr Van Thourhout. - To idealne rozwiązanie ponieważ wykorzystywane są takie same materiały i technologie produkcji jak w przypadku obwodów zintegrowanych. Lecz jest jeden spory problem: wyciągnięcie światła z krzemu jest bardzo trudne. Część badań związanych z projektem poświęcona była opracowaniu laserów wykorzystujących fosforan indu, wytrawionych w szczelinie o średnicy zaledwie 7 ľm, umożliwiającej umieszczenie kilku tysięcy takich laserów w mikroukładzie krzemowym o wymiarach 2 x 2 cm. Mogą one być wykorzystywane na wiele sposobów, na przykład w zminiaturyzowanych czujnikach optycznych - detektorach naprężeń. Albo w niedrogich, lecz mających dużą moc bioczujnikach optycznych. W chwili obecnej koszt wytworzenia takich laserów jest zbyt wysoki by możliwa była ich masowa produkcja, choć wyniki badań są zachęcające. Prace realizowane w ramach PICMOS będą kontynuowane przez partnerów jego następcy - projektu WADIMOS, który również otrzymał środki unijne.