Прогноз предельных параметров МОП-транзисторов

 

Специализация кремниевой технологии проявляется уже сейчас, однако, за рубежом 80 нм вероятно произойдет полное разделение технологических процессов для процессоров, памяти и мобильного оборудования с автономным питанием. Для скоростных процессоров допустимо применение сложных систем охлаждения и наличие токов утечки в КМОП - приборах. Прогноз предельных параметров приборов для процессов:

· рабочая температура 40°С¸170°С;

· напряжение питания 0,5¸0,8 В;

· длина канала 14¸18 нм;

· толщина подзатворного окисла 1,0¸1,2 нм.

В схемах памяти утечки не допустимы. Для накопителя и блоков управления будут использоваться транзисторы разных типов. Охлаждение тоже нежелательно. Прогноз параметров следующий:

· рабочая температура до 85°С;

· напряжение питания 1,2¸1,5 В;

· длина канала 40¸50нм;

· толщина подзатворного окисла 2,5¸3,0 нм;

для портативного оборудования с автономным питанием:

· рабочая температура до 85°С;

· напряжение питания 0,8¸1,2 В;

· длина канала 20¸25 нм;

· толщина подзатворного окисла 1,5¸1,8 нм.

Прогноз развития элементной базы микроэлектроники

 

Актуален вопрос о замене кремниевой электроники за пределами действия закона Мура. Очевидно, что электроника разделится на ряд технологически независимых направлений. Уже сейчас формируются следующие направления:

· функциональная электроника, включающая микромеханику, оптоэлектронику, акустоэлектронику, магнитоэлектронику и т. д.;

· традиционная схемотехническая электроника на основе широкозонных полупроводников, позволяющая использовать приборы с размерами 2¸4 нм;

· квантовая электроника, использующая в основе вычислений квантовые взаимодействия между атомами. Уже создан прототип квантового компьютера.

 

 

Единство интегральной технологии и схемотехники

 

Интегральная схемотехника – продукт развития технологии

 

Основной путь улучшения как технических, так и экономических показателей современной электроники – это повышение уровня интеграции полупроводниковых микросхем с одновременным уменьшением размеров их элементов. Быстрая смена технологических поколений привела к необходимости быстрой смены правил проектирования микросхем. Упрощение процедур введения новых правил проектирования осуществляется на основе принципа пропорциональной миниатюризации, заключающегося в том, что все размеры физических структур должны уменьшаться в одинаковое количество раз. При этом физические процессы в структурах принципиально не меняются, а модели элементов изменяют только значения своих параметров.

Интегральная схемотехника значительно отличается от схемотехники устройств на печатных платах. Схемотехника устройств на платах направлена на достижение наилучших параметров разрабатываемого изделия. Интегральная схемотехника стремится к наибольшей универсальности микросхем. Кроме того, интегральная схемотехника приспособлена к быстрому переходу на новые технологии. Оптимальная структура нового изделия требуется не всегда, нередко важнее сжатые сроки и низкая стоимость разработки.

 

Принципы интегральной схемотехники

 

Основные принципы интегральной схемотехники следующие:

1. Параметры конструктивно одинаковых полупроводниковых приборов на кристалле микросхемы очень близки. Для большинства применений их можно считать равными.

2. Число типов приборов ограничено возможностями технологии. Увеличение числа типов приборов значительно усложняет технологию и повышает стоимость изделий.

3. Увеличение числа однотипных элементов в схеме незначительно повышает стоимость изделия. В современных микросхемах число элементов может превышать 10 миллиардов, т. е. практически не ограничено.

4. Быстродействие и мощность микросхем зависят от размеров элементов и емкостей соединительных проводников. С увеличением степени интеграции все большая часть паразитных емкостей связана с проводниками.

5. Быстродействие элементов на кристалле может быть очень высоким, а рабочие частоты находятся в гигагерцевом диапазоне. Однако связь с внешними цепями на плате осуществляется через медленные порты. Сигнальные цепи на плате не могут передавать импульсные сигналы современных микросхем. Для передачи высокочастотных сигналов необходимо использовать специальные порты и кабельные линии связи.

6. На основе принципа пропорциональной миниатюризации параметры разрабатываемых микросхем можно предсказать заранее, т. е. до проведения разработки. Для этого необходимо использовать значения параметров уже разработанных микросхем и правила масштабирования.