Перспективы развития микроэлектроники

    Решётка ЦМД. При увеличении плотности ЦМД в плёнке вследствие существования в системе доменов магнитостатических сил отталкивания неупорядоченная совокупность образовавшихся ЦМД выстраивается в гексагональную решётку ЦМД (рис. 2, в). Решётка ЦМД характеризуется периодом L и диаметром ЦМД d. Поскольку в решётке ЦМД на каждый домен действует магнитное поле рассеяния от соседних доменов, то для сохранения прежнего размера уединённого ЦМД требуется меньшее внешнее поле смещения.

    Эллиптичные искажения формы ЦМД в решётке при уменьшении напряжённости поля подмагничивания развиваются только в том случае, когда плотность доменов невелика, т.е. L>>d. Если плотность доменов в решётке достаточно велика (L d), то эллиптичные искажения не возникают и снижение напряжённости магнитного поля приводит к искажениям круговой формы доменов: ЦМД приобретают шестиугольную форму (сотовая доменная структура; рис. 2, г). Решётка при этом сохраняет устойчивость не только при H = 0, но и в поле H, параллельном направлению M внутри ЦМД.

    Гексагональная ЦМД-решётка имеет три основные моды колебаний: оптическую, соответствующую синфазным радиальным колебаниям ЦМД, и две акустические, соответствующие трансляционным смещениям ЦМД в двух направлениях. Деформационные волны акустического типа аналогичны звуковым волнам в упругих средах. Возбудить такие войны можно пространственно неоднородным в плоскости плёнки импульсным или ВЧ-полем. Наличие ВБЛ в границе ЦМД и появление нелинейных и гиротропных эффектов обусловливают гибридизацию оптических и акустических мод деформационных волн и приводят к появлению коллективных мод ЦМД.

    Сильная взаимосвязь радиальной и трансляционных мод деформационных волн в ЦМД-решётках приводит к эффектам спонтанного нарушения симметрии. В полях смещения, по напряжённости близких к напряжённости поля коллапса гексагональной ЦМД-решётки, возникающая под влиянием случайных возмущений деформационная волна с волновым вектором k = 4p/L вызывает динамическую неустойчивость решётки, сопровождающуюся спонтанным коллапсом каждого третьего ЦМД. Лавинный процесс коллапса ЦМД сопровождается затем перестройкой исходной решётки в решётку с прежней симметрией, но с большим периодом. При дальнейшем увеличении магнитного поля процесс повторяется. Полностью решётка ЦМД исчезает только при значении магнитного поля, равного значению поля коллапса уединённого домена.

    Применение  ЦМД. Свойства ЦМД (устойчивость в некотором интервале полей смещения, подвижность, возможность управлять их движением, способность находиться в различных состояниях и т.д.) определяют их применимость в устройствах обработки информации. ЦМД-устройство состоит из ряда функциональных элементов, обеспечивающих генерацию, продвижение, переключение и детектирование ЦМД. Идея таких устройств состоит в следующем. Пусть в плёнке к--л. способом сформирован канал, вдоль которого могут перемещаться с заданной скоростью ЦМД (канал продвижения ЦМД). Информация представляется в двоичном коде по принципу "наличия - отсутствия" ЦМД. В определенных позициях канала формируют генератор и детектор ЦМД, выполняющие те же функции, что головки записи и считывания в устройствах с подвижными магнитными носителями информации. Генератор преобразует поступающие на его вход от внешнего электронного устройства электрические импульсы в ЦМД, детектор производит обратное преобразование. Важное отличие ЦМД-устройств заключается в том, что в них не требуется механических перемещений к--л. элементов.

Рис. 7. а-Доменопродвигающая TI-структура из пермаллоевых аппликаций: Н_см и H_упр - магнитные поля смещения и управления, d-диаметр ЦМД; б-схема перемещения ЦМД вдоль TI-структуры.

    Наиболее часто используются доменопродвигающие структуры, представляющие собой аппликации определенной формы (напр., в виде TI; рис. 7, а. б)из магнитно-мягкого материала (обычно пермаллоя). При намагничивании пермаллоевых аппликаций управляющим магнитным полем, ориентирован. в плоскости плёнки, на их краях возникают магнитные полюса. ЦМД притягиваются к отрицательным полюсам аппликаций, т.е. создаётся магнитостатическая ловушка. При вращении управляющего магнитного поля в плоскости плёнки потенциальные ямы перемещаются вместе с ЦМД, а в узком зазоре между аппликациями ЦМД переходит на соседнюю аппликацию и продолжает движение по её периметру. За один полный поворот управляющего поля в плоскости плёнки происходит перемещение ЦМД на один период доменопродвигающей структуры. Тактовая частота обращения управляющего поля (10⁵-10⁶ Гц) определяет быстродействие ЦМД-устройства. Величина периода структуры и расстояние между каналами должны быть больше или порядка 4d, с тем чтобы исключить взаимодействие ЦМД. Эта величина определяет плотность записи в ЦМД-устройствах (6^.10⁶ бит/см² при d=1 MKM). Предельная плотность записи информации на феррогранатовых плёнках составляет 3^.10 бит/см². Доменопродвигающая структура создаётся фотолитографией или методами ионной имплантации.

    Считывание  информации производится при помощи магниторезистивного датчика: проходящий через детектор ЦМД своим магнитным полем изменяет электрическое сопротивление магнитной плёнки детектора.

    Построение  запоминающих устройств возможно также  на ЦМД-решётках. Поскольку ЦМД-решётка  не может иметь вакансий, то информация представляется не самими ЦМД, а кодовыми состояниями их границ. В практических схемах для представления двоичной информации используются ЦМД с простой блоховской границей (S=1) и двумя ВБЛ (5=0).

    Для записи информации используются также  неподвижные ЦМД, образующиеся под  действием лазерного импульса в  высококоэрцитивных магнитных плёнках (напр., в аморфных плёнках интерметаллических соединений редкоземельных и переходных металлов типа Tb - Fe, Gd - Со, Tb-Fe - Со и т.д.). Они применяются в разработанных в сер. 1980-х гг. магнитооптических дисках, обладающих большой плотностью записи информации (10⁷ бит/см²) и высоким быстродействием. 

Перспективы развития микроэлектроники, наноэлектроника. 

    Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных приборов, дискретная электроника полупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем (микроэлектроника), интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника).

    Элементная  база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами. Каждое поколений, появившись в определенный момент времени, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях. Развитие изделий электроники от поколения  к поколению идет в направлении  их функционального усложнения, повышения  надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости  и потребляемой энергии, упрощения  технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры.

    Становление микроэлектроники как самостоятельной  науки стало возможным благодаря  использованию богатого опыта и  базы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы. Однако по мере развития полупроводниковой  электроники выяснились серьезные  ограничения применения электронных  явлений и систем на их основе. Поэтому  микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами, как в направлении совершенствования полупроводниковой интегральной технологии, так и в направлении использования новых физических явлений.

    Изделия микроэлектроники: интегральные микросхемы различной степеней интеграции, микросборки, микропроцессоры, мини- и микро-ЭВМ – позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, отличающейся от аппаратуры предыдущих поколений лучшими параметрами, более высокими надежностью и сроком службы, меньшими потребляемой энергией и стоимостью. Аппаратура на базе изделий микроэлектроники находит широкое применение во всех сферах деятельности человека. Созданию систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи и многому другому способствует микроэлектроника.

    В настоящее время микроэлектроника переходит на качественно новый  уровень – наноэлектронику.

    Наноэлектроника в первую очередь базируется на результатах фундаментальных исследований атомных процессов в полупроводниковых структурах пониженной размерности. Квантовые точки, или нульмерные системы, представляют собой предельный случай систем с пониженной размерностью, которые состоят из массива атомных кластеров или островков нанометровых размеров в полупроводниковой матрице, проявляющих самоорганизацию в эпитаксиальных гетероструктурах.

    Одним из возможных работ связанных  с наноэлеткроникой является работы по созданию материалов и элементов ИК-техники. Они востребованы предприятиями отрасли и являются основой для создания в ближайшем будущем систем «искусственного» (технического) зрения с расширенным, по сравнению с биологическим зрением, спектральным диапазоном в ультрафиолетовой и инфра-красной областях спектра. Системы технического зрения и фотонные компоненты на наноструктурах, способные получать и обрабатывать огромные массивы информации, станут основой принципиально новых телекоммуникационных устройств, систем экологического и космического мониторинга, тепловидения, нанодиагностики, робототехники, высокоточного оружия, средств борьбы с терроризмом и т.д. Применение полупроводниковых наноструктур значительно уменьшит габариты устройств наблюдения и регистрации, уменьшит энергопотребление, улучшит стоимостные характеристики и позволит использовать преимущества массового производства в микро- и наноэлектронике ближайшего будущего. 

    Литература

1. Ю.А. Гатчин « Введение в микроэлектронику», Учебное пособие 2010
2. С.Д. Дунаев «Электроника, микроэлектроника и автоматика» 2003 г.
3. http://femto.com.ua/articles/part_2/2907.html, http://femto.com.ua/articles/part_2/4530.html энциклопедия физики и техники.