Kan men werkende digitale IC's maken met de steeds kleiner wordende technologie proces? Is de fysieke limiet van 1 atoom, ook de functionele limiet?
02/01/2010 - Niels (22 jaar)
Context van de vraag:Tegenwoordig heeft men processen waarbij men de kanaallengte van een transistor 45nm of zelfs 32nm smal kan bouwen. Deze miniaturisatie evolutie is al enige tijd bezig. Maar zal ze ooit stoppen in zijn huidige vorm? Bij het steeds kleiner maken van IC's zal men uiteindelijk op een fysieke grens botsen dat men bepaalde delen niet kleiner meer kan maken omdat men dan structuren zal moeten bouwen die kleiner zijn dan een atoom. Ooit zal dus een fysieke grens bereikt worden. Ik vraag mij dus af, of deze ultieme fysieke limiet, waarin bouwstenen niet groter zijn dan een atoom, ook een functionele limiet is. Wat wil zeggen of men eigenlijk wel functionerende chips zou kunnen maken, bij zulke afmetingen, of zou alles in de soep draaien? Alvast bedankt voor de moeite.
Antwoord
Beste NielsDe wedloop van de steeds verder gaande miniaturisatie gaat al vele jaren door. Gordon Moore voorspelde deze exponentiële evolutie al in 1965. Al snel werd zijn voorspelling steeds meer beschouwd als een concreet doel dat de halfgeleiderindustrie zichzelf voorspiegelde.
Waar chips begin jaren 1970 in 10 μm-technologie werden gemaakt (10000 nm), zitten we nu, zoals je zelf schrijft, al aan 45 nm of zelfs 32 nm. De International Technology Roadmap for Semiconductors die aangeeft wat we op technologisch vlak kunnen verwachten, stelt dat tegen 2024 een feature size van 9 nm bereikt kan worden. Dat is dus voorlopig de grens van wat de industrie denkt aan te kunnen.
Maar voor het zo ver is, moeten nog heel wat technologische barrières overwonnen worden. Vandaag zitten die technische problemen vooral in het productieproces. We botsen momenteel onder meer op de grenzen van de klassieke lithografie en men zoekt oplossingen in de richting van double patterning.
In een 11 nm-technologie wordt de lengte van de gate van de transistors slechts 5 à 6 nm. In de roosterstructuur van Silicium komt dat overeen met een 25-tal atomen. De fysieke grens voor transistors zoals we die nu kennen, zal dan ongeveer bereikt zijn. Voor een transistor zal je immers altijd meerdere atomen nodig hebben. Op die korte afstanden ontstaan ook problemen door bijvoorbeeld kwantumtunneling.
Voor transistors ligt de grens dus op een tiental atomen. Met 1 enkel atoom kan je geen transistor maken.
Maar er is nog leven voorbij de transistor ... Begin jaren 1980 ontstond het idee van de kwantumcomputer die rekent met kwantumbits. Door superpositie stelt een kwantumbit steeds een lineaire combinatie voor van de 0- en de 1-toestand. Vrij recent heeft men deze oorspronkelijk louter theoretische concepten in de praktijk kunnen brengen. Er bestaat bijvoorbeeld een algoritme voor het ontbinden van getallen in priemfactoren door middel van een kwantumcomputer, dat in 2001 bij IBM met succes werd gebruikt: 15 = 3 x 5.
Ik hoop dat dit minstens ten dele een antwoord vormt op jouw vraag.
met vriendelijke groet
Peter
Deze vraag werd beantwoord door:
dr. ir. Peter Bertels
Onderzoeker
 |
Universiteit Gent |
Gerelateerde vragen
Stuur dit antwoord naar een vriend Deze pagina afdrukken |
Dit project wordt ondersteund door het actieplan wetenschapsinformatie en innovatie,