В сфері нових технологій. Випуск 34

Чергова різноманітність розробок і подальший розвиток технологій дозволяє досягати високої обчислювальної потужності, збільшувати швидкісні параметри мікросхем, ємність пристроїв зберігання даних і т.ін. Розробка незвичних матеріалів розкриває нові можливості, що дозволяють здійснити недосяжне раніше. Один з перспективних напрямків - розвиток молекулярної електроніки, в області якої розробляються неруйнівні обробні та накопичувальні пристрої, понад потужні інтегральні схеми, нові мікропроцесори.

Так, винайдений зовсім новий матеріал - наноелемент, на основі якого можна створити техніку нового покоління, завдяки його властивості імітувати різні елементи таблиці Менделєєва. Це кластер атомів (атом ванадію та вісім атомів цезію), які під впливом магнітного поля приймають необхідну структуру, контурують атом «за замовленням».

Суть в тому, що електромагнітні властивості даного утворення подібні до малюсінького магніту, де електрони з певним спіном проходять через оболонку атома цезію. Виявлено, що коли в кластері знаходяться вісім атомів цезію, він стійкий внаслідок заповненого електронного стану. Атом стійкий, коли заповнена його зовнішня електронна оболонка, а при з'єднанні з іншими атомами він приймає або губить валентний електрон, щоб перейти в стабільний стан. Такий матеріал дозволяє створити супершвидкі та комп'ютери, що матимуть величезний об'єм пам'яті.

Використання молекул, що складаються з двох таких кластерів атомів, сприяють розвитку розробок у спінтроніці – напрямок у мікроелектроніці, що базується на використанні електронного спіну для створення пристроїв, що мають енергонезалежність, зменшене енергоспоживання, збільшення щільності логічних елементів і швидкості обробки даних.

Привернула увагу робота колективу японських авторів, по одержанню еластичних провідників, а саме OLED – дисплеїв, гнучкої матриці із застосуванням органічних світловипромінюючих діодів. У попередніх статтях (1, 2, 3) ми розповідали про можливі способи одержання гнучких електронних схем, зупинившись на оптимальному шляху одержання чорнила-провідника, яке наносяться шляхом друку.

Прозорі та гнучкі транзистори на підкладці.

Однак отриманий раніше композитний матеріал має занадто низьку в'язкість, тенденцією до дезагрегації перед висушуванням і низькою еластичністю. Дослідниками був запропонований новий шлях синтезу - одержання пасти, яка як «клійка рідина» оптимізувала місце стику розтяжної та твердої частин, що раніше завжди залишалися слабким місцем конструкції.

Еластичні провідники.

Нанесена гнучка композитна плівка забезпечує високу електропровідність і задовільні адгезивні властивості, що дозволяють її використати для зв'язування контактів. Використовуючи отримані еластичні провідники та пасту, дослідники створили розтяжну органічну активну матрицю розміром 19 на 37 клітин (у кожній клітині по одному органічному транзистору).

Схема активної матриці на основі еластичного провідника та пасти для зв'язування каркасу з активними елементами.

Відмінною рисою цієї мікросхеми є те, що при деформації не змінюються параметри транзисторів і діодів, що вигідно відрізняє цей метод від того, що пропонувався раніше, оскільки матеріал для гнучкої електроніки обов'язково повинен мати такі якості як міцність і сталість робочих характеристик у широкому діапазоні механічних навантажень. Нагадаємо, що роль транзистора в прозорому гнучкому дисплеї полягає у керуванні окремим пікселом, тобто напруга на затворі транзистора керує яскравістю світлодіода.

Зміни яскравості гнучкого OLED-дисплея залежно від напруги на затворі транзистора.

Незаперечною перевагою запропонованих у даній роботі еластичних провідників є відмінна розтяжність і провідність з високими електричними, механічними та оптичними показниками. Залишається сподіватися, що ідеї дослідників у найближчому майбутньому знайдуть своє втілення в кінцевому комерційному продукті.

А проектувальники компанії DuPont прагнуть поліпшити інші характеристики майбутніх OLED-дисплеїв, а саме продовжити їх життєвий цикл, що є серйозною перешкодою на шляху просування OLED на ринку. Працівники компанії вже запропонували новий зелений світловипромінюючий матеріал, що може проробити більше сотні років без перерви. Ті ж вчені представили синій світловипромінюючий матеріал з половиною очікуваного терміну життя 38000 годин і червоний світловипромінюючий матеріал з життєвим циклом 62000 годин.

Перейдемо до інновацій у процесорах. Корпорація Intel активно інвестує більшість розробок. Так, виробник націлився на 32-нм техпроцес, наближаючись до технологічної межі кремнію, - лінійка Clarkdale (процесори з інтегрованою графікою), які планується представити вже в IV кварталі 2009, а не в першому кварталі 2010-го, як передбачалося раніше. На думку аналітиків, дане рішення Intel допоможе виробникам ПК завершити розробку нових моделей на базі Clarkdale вже цього року та вивести їх на ринок на початку наступного року, оскільки Clarkdale належить до категорії двоядерних процесорів, і вони явно дешевше, ніж чотирьохядерні Lynnfield.

У той же час, створений в 2007 році альянс компаній-виробників напівпровідникової продукції, очолюваний IBM, про який ми повідомляли, спільними зусиллями не тільки освоїв і впровадив 32-нм техпроцес у масове виробництво, що дозволило кожному з учасників (IBM, Toshiba, AMD, Samsung, Chartered, Infineon і Freescale) такої співраці зменшити витрати, але і успішно анонсували спільні плани на розробку 28-нанометрового техпроцесу з використанням технології high-k/metal gate.

Технологія high-k/metal gate передбачає заміну діоксиду кремнію при виготовленні електрода затвора транзистора сплавом на основі гафнію, який є гарним діелектриком. Використовувана сьогодні кремнієва технологія вичерпала свій потенціал по зменшенню розмірів транзисторів. Продуктивність нового процесора IBM і Ко на 35% вище, ніж у продукції виконаній за 32-нм нормами, а енергоспоживання при роботі на однаковій напрузі нижче на 30-50%.

Технології посуваються вперед і часом в них дуже складно розібратися. Створено нову систему тактильної віддачі, що може імітувати різні поверхні. Звичайно ж, керувати комп'ютером за допомогою дотиків до екрану з інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом набагато зручніше та швидше, ніж за допомогою мишки та клавіатури. Давно відома сенсорна технологія touch screen має новий тип твердотільної системи тактильної віддачі, що використовує електричне поле, яке впливає на рецептори подушечків пальців та імітує таким чином опуклу поверхню.

Таким чином, користувачу при контакті з системою можуть передаватися різної складності та конфігурації відчуття, наприклад, хвилі на воді або гілки дерева. Варто відзначити, що система працює не тільки при контакті з екраном, але і на короткій відстані від нього.

В сфері рішень нових платформ для портативної техніки теж не мало цікавого. Компанія NVIDIA почала виробництво та поставки своєї платформи ION, і тепер з'явилися відомості про те, що готується її прямий нащадок. Робоча назва проекту - ION 2, але навряд чи NVIDIA залишить його без змін. Передбачається, що в майбутній платформі ION 2 основний упор буде зроблений саме на графічну складову, причому вдосконалення очікуються значні. Так, у нині існуючій платформі NVIDIA є відеокарта GeForce 9400M, оснащена 16-шейдерними процесорами, а в майбутній модифікації ми маємо всі шанси на збільшення цієї кількості як мінімум вдвічі. Взагалі, обіцяється значне зростання продуктивності нетбучної/неттопної графіки. Очікується ефективна взаємодія системи з технологією CUDA.

До речі, компанія Samsung випустила в цьому місяці перший нетбук N510, заснований на платформі NVIDIA ION.

У якості центрального процесора використовується Intel Atom з робочою частотою 1,66 ГГц, діагональ дисплея складе 11,6 дюймів, об'єм оперативної пам'яті - 1 ГБ, а інформаційна ємність жорсткого диску - 160 ГБ. Серед інших характеристик згадуються: підтримка Wi-Fi, Bluetooth, 3-форматний кардрідер.

В сфері накопичувачів також реалізований новий підхід до оптимізації продукції. Твердотільні накопичувачі в цей час використовують мікросхеми надійної однорівневої флеш-пам’яті SLC з високою швидкодією та більш дешевою багаторівневою мікросхемою пам'яті MLC, здатною витримати десятки тисяч циклів запису, хоча в SLC цей показник у десять разів більше з дворазовою перевагою у швидкості запису.

Компанія Fusion-IO сполучила всі переваги завдяки новій технології SMLC (Single Mode Level Cell) у моделях SSD-накопичувачів серії ioDrive та ioDrive Duo об'ємом 160 ГБ та 320 ГБ з PCI Express інтерфейсом. Вони з'являться в продажі вже в цьому кварталі, будуть орієнтовані на серверний і корпоративний ринок.

Відбулася еволюція в області розробок нових моделей мобільних телефонів. Розроблено цікаву концепцію мобільного телефону, що отримала назву «Згорток» - це прозорий гнучкий сенсорний екран, який можна згорнути та розгорнути.

Сама новинка викнана з інноваційних матеріалів у формі розімкнутого кільця, що дуже легко надівається на зап'ястя та легко знімається, має можливість кріплення на кінчиках пальців, де також знаходиться і динамік. Телефон підтримує всі наявні стандарти бездротової передачі інформації, ним можна користуватися залежно від поставлених завдань: набрати номер абонента, дивитися відео, спілкуватися в мережі, грати; присутня можливість читати книги та насолоджуватися музикою.

При завершенні роботи екран можна згорнути і телефон переходить у режим очікування. При розмові динамік притискається пальцями до вуха, а говорити можна в мікрофон, розташований на зап'ясті в основній частині корпуса апарата. Також корпус проектує годину доби на зовнішню сторону зап'ястя.

Ще одна новинка здивувала своїм оригінальним підходом до повсякденних речей. Створено мобільний телефон "Magic Stone" у вигляді яйця, що може мати будь-яку форму, яку побажаєте, та має голографічний проектор, що дозволяє користувачу вивести на будь-яку поверхню будь-яку інформацію, яка знаходиться в пам'яті пристрою.

Можливе виведення тексту, відео та інтерактивної голографії, наприклад, гра в шахи. Мобільний пристрій заряджається від сонячного світла, оскільки має покриття з «наноматеріалу», що перетворює сонячне світло в електроенергію.

Перейдемо до сфери джерел живлення, де представлені не менш цікаві  розробки. Для портативних пристроїв дослідники з MIT (США) розробили наноматеріал на основі залізо-літієвого фосфату, що має високу рухливість літію та завдяки цьому забезпечує високі швидкості заряду-розряду батарей.

Існуючі літій-іонні акумулятори мають одним з недоліків - порівняно невисокі струми розряду та заряду, в наслідок чого акумулятори заряджаються досить довго, а при роботі не можуть забезпечити велику вихідну потужність. Принцип роботи літі-іонних батарей заснований на перерозподілі іонів літію між електродами, тому максимальний струм прямо залежить від швидкості їх транспорту.

Дослідники припустили, що якщо забезпечити транспорт іонів літію вздовж поверхні кристалу до відповідних граней, то це значно збільшить швидкість розряду батареї.

Механізм заряду літі-іонної батареї.

Для дослідження електрохімічних властивостей був зібраний елемент з катодом з нового матеріалу та літієвим анодом, аналогічно за конструкцією літієвого акумулятора. Потужність, що розвиває досліджуваний елемент, досягає 170 кВт/кг, у той час як потужність сучасних літієвих акумуляторів при звичайних швидкостях розряду становить 0,5 - 2 кВт/кг.

Здатність літі-іонних батарей так швидко заряджатися та розряджатися ставить їх в один ряд із суперконденсаторами. Тривалість зарядження акумулятора мобільного телефону може скласти всього декілька десятків секунд.

Існує ще один цікавий підхід у виготовленні джерел живлення, запропонований німецькими вченими. Розроблено технологію «трафаретного друку» з використанням шовкових сіток. Дана сітка розподіляє місця нанесення візерунка матеріалу на основу, що дозволяє створити батарею товщиною менше міліметра, яка забезпечує напругу 1,5 В.

Новинка має анод з цинку, а катод з марганцю. Струм виробляється в результаті хімічної реакції, що руйнує анод. Коли цинк закінчується, закінчується термін служби батареї. Оскільки шари дуже тонкі, елементи можна нашаровувати один на одного, поєднуючи їх у батарею з напругою 3, 4,5 та 6 В. Новинки очікуються до реалізації до кінця цього року.

Безумовно, вартість розглянутих новинок визначають застосовані матеріали, відпрацьованість техпроцесів, можливість використати для масового виробництва існуюче обладнання та виробничі лінії, а також кількість і трудомісткість операцій техпроцесу.

Автор: Анна Смірнова

Основні джерела:
Nature Materials
Fudzilla
VR-Zone
Nanometer.ru
Nature
Fusion-IO
Yankodesign.com