В области новых технологий. Выпуск 34

Очередное разнообразие разработок и дальнейшее развитие технологий позволяет достигать высокой вычислительной мощности, увеличивать скоростные параметры микросхем, емкость устройств хранения данных и т.д. Разработка необычных материалов раскрывает новые возможности, позволяющие осуществить недостижимое ранее. Одно из перспективных направлений - развитие молекулярной электроники, в области которой разрабатываются неразрушимые обрабатывающие и накопительные устройства, сверхплотные интегральные схемы, новые микропроцессоры.

Так, изобретен совершенно новый материал - наноэлемент, на основе которого можно создать технику нового поколения, благодаря его свойству имитировать различные элементы таблицы Менделеева. Это кластер атомов (атом ванадия и восемь атомов цезия), которые под воздействием магнитного поля приобретают необходимую структуру, контурируют атом «по заказу».

Суть в том, что электромагнитные свойства данного образования подобны крошечному магниту, где электроны с определенным спином проходят через оболочку атома цезия. Обнаружено, что когда в кластере находятся восемь атомов цезия, он устойчив вследствие заполненного электронного состояния. Атом устойчив, когда заполнена его внешняя электронная оболочка, а при соединении с другими атомами он приобретает или теряет валентный электрон, чтобы перейти в стабильное состояние. Такой материал позволяет создать супербыстрые и обладающие огромнейшими объемом памяти компьютеры.

Использование молекул, состоящих из двух таких кластеров атомов, способствуют развитию разработок в спинтронике – направление в микроэлектронике, базирующееся на использовании электронного спина для создания устройств, имеющих энергонезависимость, уменьшенное энергопотребление, увеличение плотности логических элементов и скорости обработки данных.

Привлекла внимание работа коллектива японских авторов, по получению эластичных проводников, а именно OLED – дисплеев, гибкой матрицы с применением органических светоизлучающих диодов. В предыдущих статьях (1, 2, 3) мы рассказывали о возможных способах получения гибких электронных схем, остановившись на оптимальном пути получения проводящих чернил, которые наносятся путем печати.

Прозрачные и гибкие транзисторы на подложке.

Однако полученный ранее композитный материал обладает слишком низкой вязкостью, тенденцией к дезагрегации перед высушиванием и низкой эластичностью. Исследователями был предложен новый путь синтеза – получение пасты, которая как «склеивающая жидкость» оптимизировала место стыка растяжимой и твердой частей, что ранее всегда оставалось слабым местом конструкции.

Эластичные проводники.

Нанесенная гибкая композитная пленка обеспечивает высокую электропроводность и удовлетворительные адгезивные свойства, позволяющие ее использовать в качестве связывания контактов. Используя полученные эластичные проводники и пасту, исследователи создали растяжимую органическую активную матрицу размером 19 на 37 ячеек (в каждой ячейке по одному органическому транзистору).

Схема активной матрицы на основе эластичного проводника и проводящей пасты для связи каркаса с активными элементами.

Отличительной особенностью этой микросхемы является то, что при деформации не изменяются параметры транзисторов и диодов, что выгодно отличает этот метод от предлагавшихся ранее, поскольку материал для гибкой электроники обязательно должен иметь такие качества как прочность и постоянство рабочих характеристик в широком диапазоне механических нагрузок. Напомним, что роль транзистора в прозрачном гибком дисплее заключается в управлении отдельным пикселом, т.е. напряжение на затворе транзистора управляет яркостью светодиода.

Изменения яркости ячейки гибкого OLED-дисплея в зависимости от напряжения на затворе транзистора.

Неоспоримым преимуществом предложенных в данной работе эластичных проводников является отличная растяжимость и проводимость с высокими электрическими, механическими и оптическими показателями. Остается надеяться, что идеи исследователей в ближайшем будущем найдут свое воплощение в конечном коммерческом продукте.

А проектировщики компании DuPont стремятся улучшить другие характеристики будущих OLED-дисплеев, а именно продлить их жизненный цикл, что является серьезным препятствием на пути продвижения OLED на рынке. Работники компании уже представили новый зеленый светоизлучающий материал, который может проработать более сотни лет без перерыва. Те же ученые представили синий светоизлучающий материал с половиной ожидаемого срока жизни 38000 часов и красный светоизлучающий материал с жизненным циклом 62000 часов.

Перейдем к инновациям в процессорах. Корпорация Intel активно инвестирует во многие разработки. Так, производитель нацелился на 32-нм техпроцесс, приближаясь к технологическому пределу кремния, - линейка Clarkdale (процессоры с интегрированной графикой), которую планируется представить уже в IV квартале 2009, а не в первом квартале 2010-го, как предполагалось ранее. По мнению аналитиков, данное решение Intel поможет производителям ПК завершить разработку новых моделей на базе Clarkdale уже в этом году и вывести их на рынок в начале следующего года, так как Clarkdale относится к категории двуядерных процессоров, и они явно дешевле, чем четырехъядерные Lynnfield.

В то же время, созданный в 2007 году альянс компаний-производителей полупроводниковой продукции, возглавляемый IBM, о котором мы сообщали, совместными усилиями не только освоил и внедрил 32-нм техпроцесс в массовое производство, что позволило каждому из участников (IBM, Toshiba, AMD, Samsung, Chartered, Infineon и Freescale) такого сотрудничества уменьшить расходы, но и успешно анонсировали совместные планы на разработку 28-нанометрового техпроцесса с использованием технологии high-k/metal gate.

Технология high-k/metal gate подразумевает замену диоксида кремния при изготовлении электрода затвора транзистора сплавом на основе гафния, который является хорошим диэлектриком. Используемая сегодня кремниевая технология исчерпала свой потенциал по уменьшению размеров транзисторов. Производительность нового процессора IBM и Ко на 35% выше, чем у продукции по 32-нм нормам, а энергопотребление при работе на одинаковом напряжении ниже на 30-50%.

Технологии движутся вперед и порой в них очень сложно разобраться. Создана новая система тактильной отдачи, которая может имитировать разные поверхности. Конечно же, управлять компьютером с помощью прикосновений к экрану с интуитивно понятным интерфейсом намного удобнее и быстрее, чем посредством мышки и клавиатуры. Давно известная сенсорная технология touch screen обладает новым типом твердотельной системы тактильной отдачи, которая использует электрическое поле, воздействующее на рецепторы подушечки пальца и имитирующее таким образом выпуклую поверхность.

Таким образом, пользователю при контакте с системой могут передаваться различной сложности и конфигурации ощущения, например, волн на воде или веток дерева. Стоит отметить, что система работает не только при контакте с экраном, но и на коротком расстоянии от него.

В сфере решений новых платформ для портативной техники тоже не мало интересного. Компания NVIDIA начала производство и поставки своей платформы ION, и теперь появились сведения о том, что готовится ее прямой потомок. Рабочее название проекта – ION 2, но вряд ли NVIDIA оставит его без изменений. Предполагается, что в будущей платформе ION 2 основной упор будет сделан именно на графическую составляющую, причем усовершенствования ожидаются существенные. Так, в ныне существующей платформе NVIDIA имеется видеокарта GeForce 9400M, оснащенная 16-шейдерными процессорами, а в будущей модификации мы имеем все шансы на увеличение этого количества как минимум в два раза. В целом, обещается значительный рост производительности нетбучной/неттопной графики. Ожидается эффективное взаимодействие системы с технологией CUDA.

Кстати, компания Samsung выпустила в этом месяце первый нетбук N510, основанный на платформе NVIDIA ION.

В качестве центрального процессора используется Intel Atom с рабочей частотой 1,66 ГГц, диагональ дисплея составит 11,6 дюймов, объем оперативной памяти – 1 ГБ, а информационная емкость жесткого диска – 160 ГБ. Среди других характеристик упоминаются: поддержка Wi-Fi, Bluetooth, 3-форматный кардридер.

В сфере накопителей также реализован новый подход к оптимизации продукции. Твёрдотельные накопители в настоящее время используют микросхемы надежной одноуровневой флэш-памяти SLC с высоким быстродействием и более дешевой многоуровневой микросхемой памяти MLC, способной выдержать десятки тысяч циклов записи, хотя у SLC этот показатель в десять раз больше с двукратным преимуществом в скорости записи.

Компания Fusion-IO совместила все преимущества благодаря новой технологии SMLC (Single Mode Level Cell) в моделях SSD-накопителей серии ioDrive и ioDrive Duo объёмом 160 ГБ и 320 ГБ с PCI Express интерфейсом. Они появятся в продаже уже в этом квартале, будут ориентированы на серверный и корпоративный рынок.

Произошла эволюция в области разработок новых моделей мобильных телефонов. Разработана интересная концепция мобильного телефона, получившая название «Свёртыш» - это прозрачный гибкий сенсорный экран, который можно свернуть и развернуть.

Сама новинка выполнена из инновационных материалов в форме разомкнутого кольца, которое очень легко надевается на запястье и так же легко снимается и имеет возможность крепления на кончиках пальцев, где также находится и динамик. Телефон поддерживает все имеющиеся стандарты беспроводной передачи информации, им можно пользоваться в зависимости от поставленных задач: набрать номер абонента, смотреть видео, общаться в сети, играть; есть возможность читать книги и наслаждаться музыкой.

При завершении работы экран сворачивается и телефон переходит в режим ожидания. При разговоре динамик прижимается пальцами к уху, а говорить можно в микрофон, расположенный на запястье в основной части корпуса аппарата. Также корпус проецирует время на внешнюю сторону запястья.

Еще одна новинка удивила своим оригинальным подходом к обыденным вещам. Создан мобильный телефон "Magic Stone" в виде яйца, которое может иметь любую форму, какую пожелаете, и обладает голографическим проектором, что позволяет пользователю вывести на любую поверхность любую информацию, находящуюся в памяти устройства.

Возможен вывод текста, видео и интерактивной голографии, например, игры в шахматы. Мобильное устройство заряжается от солнечного света, поскольку имеет покрытие из «наноматериала», которое преобразует солнечный свет в электроэнергию.

Перейдем к сфере источников питания, где представлены не менее интересные  разработки. Для портативных устройств исследователи из MIT (США) разработали наноматериал на основе железо-литиевого фосфата, который обладает высокой подвижностью лития и благодаря этому обеспечивает высокие скорости заряда-разряда батарей.

Существующие литий-ионные аккумуляторы обладают одним из недостатков - сравнительно невысокие токи разряда и заряда, в результате чего аккумуляторы заряжаются достаточно долго, а при работе не могут обеспечить большую выходную мощность. Принцип работы литий-ионных батарей основан на перераспределении ионов лития между электродами, поэтому максимальный ток напрямую зависит от скорости их транспорта.

Исследователи предположили, что если обеспечить транспорт ионов лития вдоль поверхности кристалла к соответствующим граням, то это существенно увеличит скорость разряда батареи.

Механизм заряда литий-ионной батареи.

Для исследования электрохимических свойств была собрана ячейка с катодом из нового материала и литиевым анодом, аналогичная по конструкции литиевым аккумуляторам. Развиваемая исследуемой ячейкой мощность достигает 170 кВт/кг, в то время как мощность современных литиевых аккумуляторов при обычных скоростях разряда составляет 0,5 - 2 кВт/кг.

Способность литий-ионных батарей так быстро заряжаться и разряжаться ставит их в один ряд с суперконденсаторами. Продолжительность зарядки аккумулятора мобильного телефона может составить всего несколько десятков секунд.

Существует еще один интересный подход в изготовлении источников питания, предложенный немецкими учеными. Разработана технология «трафаретной печати» с использованием шелковых сеток. Данная сетка распределяет места нанесения узора материала на подложку, что позволяет создать батарею толщиной менее миллиметра, которая обеспечивает напряжение 1,5 В.

Новинка имеет анод из цинка, а катод из марганца. Электричество вырабатывается в результате химической реакции, разрушающей анод. Когда цинк заканчивается, срок службы батареи подходит к концу. Поскольку слои очень тонкие, элементы можно наслаивать друг на друга, объединяя их в батарею с напряжением 3, 4,5 и 6 В. Новинки ожидаются к реализации к концу этого года.

Безусловно, стоимость рассмотренных новинок определяют применяемые материалы, отработанность техпроцессов, возможность использовать для массового производства существующего оборудования и производственных линий, а также количество и трудоемкость операций техпроцесса.

Автор: Анна Смирнова

Основные источники:
Nature Materials
Fudzilla
VR-Zone
Nanometer.ru
Nature
Fusion-IO
Yankodesign.com