Микрочип

В наше время компьютеры действительно управляют миром. Их используют для выполнения особых заданий, например, сложных подсчетов, автоматизированного проектирования дизайна, печатания…. В тоже время, когда задача слишком осложняется для выполнения вручную, на помощь приходит компьютер. Детали компьютера встроены в системы управления автомобилей, самолетов, космических ракет и кофейных автоматов.

КАК РАБОТАЕТ КОМПЬЮТЕРНЫЙ ЧИП?

Компьютер состоит из множества микрочипов (или проще: чипов), находящихся на электронных платах. Чип может хранить память компьютера или обеспечивать обмен данными между микропроцессорами. Наиболее известный микропроцессор – Pentium от Intel.
Чип – это небольшой кусок полупроводникового материала (обычно кремния), в который вмонтирована интегральная схема. Обычный чип может содержать миллионы электронных компонентов (транзисторов).
Чип изготавливается из листа кремния (иногда сапфира), который сначала вырезается по размеру, а затем наносятся схемы и электронные устройства.
Современные компьютеры полагаются на обработку все большего количества информации все уменьшающимися полупроводниковыми чипами.
Существуют разные типы чипов: чипы центрального процессора (также называемые микропроцессорами), содержащие весь обрабатывающий блок, в то время, как чипы памяти содержат пустые ячейки памяти.
Доступны разные виды чипов. Наиболее распространены следующие:

DIP имеют от 8 до 40 ножек, разделенных на два ряда.
PGA: квадратные чипы, где штифты расположены в виде концентрических квадратов.
SIP: чипы с одним рядом ножек, расположенных по прямой как в расческе.
Вдобавок к этим видам чипов, существуют также модули памяти SIMM, содержащие до девяти чипов в виде одного блока.

КАКАЯ НАУКА ПОЗВОЛИЛА СОЗДАВАТЬ ЧИПЫ?

В лабораториях ядерного синтеза EFDA в Европе ученые стремятся производить и поддерживать горячую плазму (ионизированный газ) в так называемых машинах tokamak. Будущие устройства, основанные на этих машинах, смогут нагреть и удерживать плазму достаточное количество времени с целью ядерного синтеза (именно это происходит внутри Солнца и звезд). Процесс ядерного синтеза будет вырабатывать излишки электричества, которые будут использоваться для дальнейшей выработки энергии.
Другая важная выгода от этого главного проекта – это развитие технологии по производству плазмы и ее измерения, что позволяет кремниевым чипам (микропроцессорам) становиться все меньше и быстрее.
Первые чипы изготавливали с использованием химических процессов, однако эта технология имеет предел в размере и точности их изготовления. Заимствуя технологию плазмы из науки ядерного синтеза, полупроводниковая индустрия изготавливает микропроцессоры, удваивающие свои мощность и скорость в два раза каждые восемнадцать месяцев. Процессоры 2 GHz Pentium 4 содержат 42 миллиона транзисторов, на 50% больше Pentium 3.
Ключом к продвижению являются три технологии, тесно связанные с изучением ядерного синтеза.

Плазма: горячий ионизированный газ

Система выжигания плазмой с диагностикой ядерного синтеза

ЛИТОГРАФИЯ
Благодаря множеству створок и фоторезисторов, на поверхности кремния вырезаются крошечные электронные схемы в процессе, схожим с фотографированием. Для просвечивания поверхности кремния используют ультрафиолет, нанося рисунок толщиной в 1/4000 миллиметра. Но для следующего поколения более быстрых микропроцессоров понадобятся мощные источники ультрафиолета и рентгена для нанесения еще меньших схем. Разработка интенсивных источников ультрафиолета и рентгена, напрямую зависящая от экспериментов с приборами ядерного синтеза, такими как tokamak, поможет и дальше уменьшать чипы.
Вполне возможно, что машины tokamak окажутся более дешевой альтернативой большим синхротронным источникам, использующимся в настоящее время.

ВЫЖИГАНИЕ ПЛАЗМОЙ
Как только на кремний нанесено изображение электронной схемы с использованием литографии, можно точно вырезать крошечные канавки на кремниевой пластине глубиной 0,25 микрон, используя технологию выжигания плазмой. Теперь частицы плазмы выборочно выжигают кремний строго контролируемым и измеряемым способом. Оптимизация этих процессов требует изощренных измерений плазмы, используя метод диагностики, разработанный за долгие годы исследований ядерного синтеза.

СОХРАНЕНИЕ ПЛАЗМЫ
Чтобы чипы были меньше и быстрее, процессоры должны быть состыкованы и связаны друг с другом как, например, электронные платы. Технологии сохранения плазмы позволяют закладывать ионы металла в толстые полосы, соединяя разные части цепи.

Без этих революционных технологий был бы необходим ежедневный источник энергии для наших компьютеров, мобильных телефонов и все более умных потребительских товаров и ситуация не имела бы выхода. Исследования ядерного синтеза помогли изменить мир!