יבמ חשפה טכנולוגיה חדשה של מיקרו-מעבדים שמשלבים בין רכיבים אופטיים לרכיבים חשמליים ביחידת סיליקון אחת. אלה עשויים לסלול את הדרך לפיתוח של מחשבים שיפעלו בקצב של אקס-פלופ, כלומר – יבצעו מיליון טריליון חישובים בשנייה, פי אלף ממחשבי העל המהירים ביותר כיום.

הטכנולוגיה החדשה, שמכונה CMOS Integrated Silicon Nanophotonics, מאפשרת לשבבים במערכת ליצור תקשורת בפעימות של קרני אור. היא תוכל לשמש בסיס למחשבים מהירים, קטנים וחסכוניים יותר בצריכת האנרגיה בהשוואה למקובל כיום.

"טכנולוגיית CMOS Integrated Silicon Nanophotonics מבטיחה שיפור חסר תקדים בפעולה ובביצועים של שבבי הסיליקון, באמצעות תקשורת אופטית בעלת צריכת אנרגיה נמוכה בין מסדים, מודולים ושבבים, ואף בתוך השבב עצמו", אמר יורי וולסוב, מנהל המחלקה של יבמ לטכנולוגיית Silicon Nanophotonics. לדבריו, "הצעד הבא יהיה לייצר שבבים שיכללו את הטכנולוגיה החדשה במפעל, במתכונת מסחרית, תוך שימוש בתהליכים שפיתחנו".

על פי יבמ, הטכנולוגיה החדשה מעניקה רמות חסרות תקדים של צפיפות, והשבבים קטנים פי עשרה מהשבבים המתקדמים ביותר כיום. היעד בסופו של דבר הוא לייצר מערכות מסחריות שיעניקו ביצועים ברמה של אקס-פלופ. "התקשורת האופטית ברמת השבב מקדמת אותנו צעד נוסף לקראת מחשבים שיפעלו בקצב של אקס-פלופ", אמר טי. סי. צ'ן, סגן נשיא למדע וטכנולוגיה בחטיבת המחקר של יבמ.

הפוסט יבמ פיתחה טכנולוגיית שבבים שעשויה להוביל למחשבים מהירים פי אלף הופיע לראשונה ב-Chiportal.

למרות יתרונותיהן הרבים של מתכות בהעברת מידע ממעגל חשמלי אחד לשני ע"ג סיליקון המצוי בתוככי מחשבים והתקנים אלקטרוניים אחרים, מהנדסי חשמל מאוניברסיטת דיוק טוענים כי אותות אופטיים עשויים להעביר נפח מידע גדול יותר. בעקבות כך, המהנדסים תכננו והדגימו את פעולתם של לייזרים בגודל מיקרוסקופי המשולבים בתוככי שכבות דקיקות של מוליכי אור ע"ג סיליקון שיוכלו בעתיד להחליף את המתכת נחושת במגוון מוצרים אלקטרוניים.
לא רק שהמבנים ע"ג הסיליקון מכילים לייזרים פולטי-אור זערוריים, אלא שהם גם מחברים את הלייזרים הללו לתעלות המוליכות במדויק את האור הנפלט למטרתו, לרוב שבב או רכיב אלקטרוני אחר סמוך. גישה חדשנית זו תוכל לסייע לאותם מהנדסים אשר מעוניינים לפתח מחשבים והתקנים חשמליים מהירים וזעירים יותר תוך שימוש באור כנשא המידע של הדור הבא.
המהנדסים מאמינים כי הם הצליחו לפתור חלק מהחידות שהיו פתוחות בפני המדענים שניסו להפיק ולשלוט באור בקנה-מידה זערורי זה.
"הפקת אור והולכתו דרך סיליקון באופן מבוקר הינם הצעדים הראשונים בדרך לפיתוח מערכות אופטיות בגודל של עולם השבבים," אמרה Sabarni Palit, חוקרת במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת דיוק. ממצאי המחקר, שקיבל סיוע מהמשרד למחקר צבאי, פורסמו בכתב-העת המדעי Optics Letters.
"האתגר היה הייצור של אור בקנה-מידה קטן זה על סיליקון, והערובה שהוא מועבר ביעילות וללא אובדני אנרגיה לרכיב הבא," אמרה החוקרת. "מצאנו דרך לייצר מבנה של מעטה דקיק המשולב ע"ג הסיליקון שלא רק מכיל את מקור האור וניתן לקירור, אלא המסוגל גם להוליך במדויק את הגל לרכיב הבא בתור," מסבירה החוקרת. "שילוב זה הינו גישה הכרחית לכל מערכת מבוססת אור בקנה-מידה מיקרוסקופי."
צוות המחקר הצליח לפתח שיטה להכנת מצע דקיק של לייזר, ולחבר אותו למשטח של סיליקון. הלייזרים מחוברים למבנים נוספים באמצעות הנחת שכבה מיקרוסקופית של פולימר המכסה את קצהו האחד של הלייזר וממשיכה לתוך תעלה המובילה לרכיבים הסמוכים. לכל שכבה של הלייזר ולכל תעלה מוליכת אור ניתנים מאפיינים, או תפקודים ייחודיים, באמצעות תהליכי ננו- ומיקרו-ייצור מיוחדים ובאמצעות הסרה בררנית של חלקים מהמצע ע"י כימיקלים מתאימים.
"במהלך הפקת הלייזר נוצר חום, העלול לפגוע ביעילות הפעולה ואפילו לפירוקו של הלייזר בחלוף הזמן," מסבירה החוקרת. "גילינו כי הכנסת פס דקיק של מתכות בין שכבת הלייזר לבין שכבת הסיליקון מובילה לפיזור של החום הנוצר ומאפשרת זמן-חיים ארוך יותר של הלייזרים."
היכולת לנצל אור בקנה-מידה מיקרוסקופי הינה עניין מרגש," אומרת החוקרת. "אולם יש צורך בכך שהאנרגיה המסופקת למערכות אלו תהיה מועטה, כך שהן תוכלנה להיות ניידות, וכן זולות להפקה. מערכות אלו תוכלנה לשמש במכשירי אלקטרוניקה, באבחון רפואי ובחישת הסביבה."
הידיעה מאוניברסיטת דיוק

הפוסט סיליקון כרכיב אלקטרוני משופר הופיע לראשונה ב-Chiportal.

תרכובת אורגנית שהתגלתה כיעילה בפיתוח רכיבי אלקטרוניקה מבוססי צורן תוכל לשמש גם עבור ייצור רכיבים ע"ג יריעות של פחמן בעובי של פרודה יחידה. חוקרים ממכון מקס פלנק למתכות בשטוטגארט, גרמניה, פרסמו את ממצאי מחקרם זה בכתב העת המדעי Physical Review B.

שכבות פחמן דקות במיוחד, הידועות בשם גרפן, מהוות בסיס לפיתוח התקנים אלקטרוניים רבים יעילים וזעירים במיוחד. אולם, בכדי ליצור רכיבים שימושיים, התכונות האלקטרוניות של חומרים כדוגמת צורן או גרפן חייבות להיות מותאמות כנדרש באמצעות תהליך אילוח (זיהום מכוון בחומר, doping). בצורה אופיינית, התקנים מבוססי-צורן מאולחים ע"י החלפת שיעור קטן מאטומי הצורן באטומים או בפרודות מאלחות שונות. בגרפן, לעומת זאת, הצורונים המאלחים מתמקמים על פני שטח היריעה הפחמנית במקום להחליף חלק מאטומי הפחמן.

חומרים כגון זהב, ביסמוט ודו-תחמוצת החנקן שימשו לאילוח גרפן ברמות משתנות של הצלחה. כעת, חוקרים ממכון מקס פלנק גילו כי התרכובת F4-TCNQ (tetrafluoro-tetracyanoquinodimethane), שהוכחה כיעילה עבור ייצור דיודות פולטות אור (LEDs) בצורן, כנראה מתאימה גם עבור גרפן. התרכובת מתארגנת לכדי שכבות יציבות בגרפן העמידות בפני רמות גבוהות של חום וקרינה, ומסוגלת לשלוט בתכונות האלקטרוניות של הגרפן – ממצא המרמז כי היא תוכל להוות חומר מאלח טוב.

ממצאי המחקר מפורסמים בכתב-העת המדעי APS Physics.

הפוסט תהליכים המשמשים באלקטרוניקה מבוססת צורן עשויים להיות ישימים באלקטרוניקה מבוססת גרפן הופיע לראשונה ב-Chiportal.