Журнал «Вокруг Света» №04 за 2007 год - Вокруг Света

Что еще? Перейдем к «жестянке». Вот Chrysler 300 с электроприводом капота, который разверзается по рваной ломаной линии от передка до стекла, являя взгляду сверкающий хромом V10. А вот непонятно как открывшаяся вверх дверь, которая может еще и развернуться на 180°, превратив в открытом состоянии зеркало заднего вида в зеркало вида переднего.

Ретро-багги Midget Racer (Weld Racing) с дизайном в «жюльверновском» духе 

А вот этот капот подбросит высоко вверх неосторожно приземлившегося на него пешехода, чтобы тот, по всей видимости, попал под колеса не вашего, а следующего авто… Удобная штука, ничего не скажешь. А можно превратить в капот и сам кузов. Так делают авторы дрэгстеров — автомобилей, специально предназначенных для резвого старта на дистанцию в четверть мили. Снаружи вроде бы ничего особенного, только задние колеса великоваты. А по сути — настоящий волк в овечьей шкуре, поедающий смесь бензина с нитросом и пожирающий секунды разгона.

Впрочем, обо всем том, что уместилось на 100 000 квадратных метров выставки SEMA, нам рассказать все равно не удастся — это стоит увидеть своими глазами. Возможно, уже на следующей выставке.

Алексей Воробьев-Обухов

Нанотехнологии, или Атомы вместо гвоздей

В природе нанороботы и нанофабрики работают уже миллиарды лет. Никого не удивляет то, что всего из одной яйцеклетки вырастает человек. Правда, его собственные возможности в части создания миниатюрных конструкций существенно уступают технологическому потенциалу даже простейшей бактерии. Однако, не копируя природу, человечество уже научилось работать со структурами размером с вирус и активно осваивает манипулирование отдельными атомами. Сегодня в промышленных масштабах производятся такие изделия, что по сравнению с ними гвозди, которыми Левша подковал блоху, все равно что египетские пирамиды рядом с детскими кубиками.

Впервые о возможности миниатюризации всего и вся и работе с отдельными атомами заговорил американский физик Ричард Фейнман. В своей знаменитой лекции «Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики», прочитанной в 1959 году, он достаточно аргументированно показал, что законы квантовой механики не препятствуют созданию нужных людям структур из совсем небольшого числа атомов. В те годы, когда практически единственным инструментом, позволяющим хоть что-то разглядеть в наномасштабе, был электронный микроскоп, идеи Фейнмана казались фантастикой.

Фантастический наноробот «делает укол» эритроциту. Хотя подобные рисунки довольно наглядны, они весьма далеки от реальных современных нанотехнологий

Однако уже в 1974 году японский физик Норио Танигучи вводит в обиход термин «нанотехника», а через три года нобелевский лауреат Илья Пригожин констатирует, что «мы знаем, где дверь в эту комнату», на полу которой, по словам Фейнмана, «полно игрушек». Сегодня многие связывают рождение новой эпохи с 1981 годом, когда немецкие физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали зондовый туннельный микроскоп, позволяющий не только видеть, но и переносить с места на место отдельные атомы. Но порой нужны годы, чтобы научный прибор стал инструментом технолога. Только в 1989 году сканирующий туннельный микроскоп удалось использовать как наноманипулятор, сложив с его помощью регулярную структуру из атомов. Аккуратные сотрудниики IBM Дональд Эйглер и Эрхард Швейцер выложили название своей компании 35 атомами ксенона на поверхности кристалла никеля. Эта операция заняла 22 часа и проходила при температуре вблизи абсолютного нуля (–273°С). После нагрева кристалла до –230°С буквы IBM испарились.

Справедливости ради надо отметить, что сканирующие зондовые микроскопы — туннельные, атомно-силовые, оптические — так и не стали основным инструментом нанотехнолога и скромно занимают нишу аналитического и метрологического позволяющего контролировать и лишь иногда подправлять результаты, полученные с помощью настоящих наноинструментов.

Размерные приставки для единиц измерения

фемто

ф

10-15

квадриллионная доля

пико

п

10-12

триллионная доля

нано

н

10-9

миллиардная доля

микро

мк

10-6

миллионная доля

милли

м

10-3

тысячная доля

кило

к

103

тысяча

мега

М

106

миллион

гига

Г

109

миллиард

тера

Т

1012

триллион

пета

П

1015

квадриллион

Волшебный размер

Фрагмент микросхемы памяти. Под утолщением на среднем проводнике находятся транзисторы, которых на кристалле несколько сотен миллионов. Увеличение около 10 000х

Милли, микро, нано и пико — эти дольные приставки еще долго будут символом технического прогресса и признаком совершенства технологий, которыми овладело человечество. С самого начала огромный интерес ко всему, что связано с наноразмерными объектами, проявляли компьютерные гиганты. Они и по сей день главные двигатели прогресса в этой отрасли, являясь основными производителями самых маленьких на Земле изделий — транзисторов, работающих в микропроцессорах современных компьютеров и сотовых телефонов. Именно уменьшение размеров элементной базы обеспечило поразительный рост быстродействия и снижение стоимости электронных вычислительных машин и привело к их повсеместному проникновению в нашу жизнь.

Эти два процесса — миниатюризация основных рабочих элементов (для компьютеров это транзисторы) и повышение быстродействия не случайно идут вместе и жестко взаимосвязаны. Дело в том, что любая микросхема содержит не только транзисторы и резисторы, но и множество полезных и вредных электрических емкостей. Эдаких маленьких конденсаторов, которые приходится периодически заряжать и разряжать, расходуя не только энергию, но и время. Чем меньше геометрические размеры активных элементов, тем меньше оказываются паразитные емкости и тем меньшими токами и быстрее можно перевести микросхему из одного логического состояния в другое. Соответственно быстрее происходит сложение чисел и выполнение других математических действий.

Ток в этом нанотранзисторе течет снизу вверх. Им управляет напряжение на затворе (горизонтальная полоса)

Процессор Pentium, появившийся 14 лет назад, имел характерный размер элементов 1 мкм и содержал 3 миллиона транзисторов, работал на частоте 60 МГц и при этом потреблял до 15 Вт электроэнергии. Pentium 4 Dual Core, изготовленный по технологии 65 нм в 2005 году и работающий на тактовой частоте 3,4 ГГц, содержит 1,7 миллиарда транзисторов. И хотя каждый транзистор тратит на одно переключение всего лишь сотые доли фемтоджоуля (то есть порядка 10-15 Дж), с учетом их огромного числа и высокой скорости срабатывания общая потребляемая мощность может достигать 100 Вт. Для нормальной работы процессора нужны не только десятки ампер тока, но и специальная система принудительного охлаждения. Сегодня компания Intel приступила к массовому производству процессоров Penryn, в которых характерный размер структурных элементов составляет всего 45 нм, а слои используемого в качестве изолятора оксида гафния имеют толщину около 1 нм.

Как это ни парадоксально, но основным инструментом современной микроэлектроники является свет, точнее, ультрафиолетовые лучи с длиной волны 151 нм. Сегодня 65-нанометровый «рисунок» внутренней структуры процессора или кристалла флеш-памяти наносится на кремниевую пластину, покрытую тончайшим слоем фоторезистивного материала с помощью фотошаблона и излучения эксимерного лазера, работающего в жестком ультрафиолете. Этот способ отдаленно напоминает фотопечать снимков. Как и в фотопроцессе, за экспозицией следует проявка, а за ней прочие этапы планарной технологии изготовления микросхем (напыление, диффузия, отмывка и т. д.). И в массовом производстве электроники отказываться от электромагнитного излучения и фотошаблонов пока никто не собирается, даже при переходе на технологию с шагом элементов 22 нм. Более того, проводят эксперименты, в том числе и в России, с экстремально жестким ультрафиолетовым излучением, имеющим длину волны всего 13,5 нм. Правда, особо горячие головы склонны считать, что все эти достижения производителей микросхем совсем даже не относятся к области нанотехнологии, полагая, что «нано» начинается только там, где малый размер структуры обеспечивает новому материалу или устройству уникальные физические и потребительские свойства.