Omicron Technology Ltd.
Avtor: Andrea Elyse Messer
2020_281_06
Odsek vezja, ki prikazuje mikro vezja. Mednarodna skupina inženirjev je odkrila kvazi delček, ki potuje med kovinskim in dielektričnem materialom in morda nakazuje rešitev težav, ki so nastale pri zmanjševanju velikosti elektronskih komponent.
“Mikroelektronski čipi so danes vseprisotni,” sta povedala Akhlesh Lakhtakia, profesor z univerze Evan Pugh in Charles Godfrey Binder, profesor tehničnih znanosti in mehanike v državi Penn. “Hitrost teh čipov omejujejo čas zakasnitve širjenja signala v notranjih povezavah, ki so izvedene s kovinsko žico, električne izgube v prevodnih kovinskih povezavah, ki povzročajo povišanje temperature in prisluhi med sosednjimi povezovalnimi elementi, ki izhajajo iz miniaturizacije in vse večjega zgoščevanja.”
Te elektronske komponente so v naših pametnih telefonih, tablicah, računalnikih in varnostnih sistemih ter se uporabljajo tudi v medicinski opremi, v vojaških napravah in prometni infrastrukturi.
Raziskovalci so raziskovali različne načine, kako se lotiti problema povezovanja različnih miniaturnih komponent pri vedno manjših elektronskih vezjih. Medtem ko je fotonika (uporaba svetlobe za prenos informacij) privlačna zaradi svoje hitrosti, je takšen pristop precej problematičen, saj so svetlobni valovni vodniki večji od današnjih običajnih mikroelektronskih vezij, kar otežuje povezave.
Pulzno moduliran SPP val, ki potuje naravnost in ga vodi vmesnik med dielektričnim materialom (zgoraj) in kovino (spodaj), nenadoma naleti na zamenjavo dielektričnega materiala z zrakom. Večina energije se prenaša prek vmesnika zrak / kovina, nekaj pa se je prenaša prek vmesnika dielektrik / kovina. V video posnetku je zajetih 120 femtosekund.
Raziskovalci v nedavni številki znanstvenih poročil poročajo, da “signal lahko prepotuje velike razdalje brez večje izgube svoje prvotne oblike in velikosti” in da “signale morebiti prenašajo SPP valovi prek več deset mikrometrov debele plasti zraka v mikroelektronskih čipih.”
Prav tako ugotavljajo, da izračuni kažejo, da valovi SPP lahko prenašajo informacije okoli konkavnega vogala – položaj, ki je skupaj z zračnimi vrzelmi dokaj pogost v mikrovezjih.
SPP-ji so skupinski pojav. Ti kvazi delci potujejo po območju, kjer se stikata prevodna kovina in dielektričen material (neprevodni material, ki lahko podpira elektromagnetno polje) in se na makroskopski ravni zdijo kot val.
Po besedah Lakhtakia so prav SPP-ji tisti, ki dajejo zlatu poseben svetleč sijaj. Pod določenimi pogoji lahko površinski učinek, elektroni v kovini in polarizirani naboj v dielektričnem materialu delujejo skupaj in tvorijo val SPP. Ta val, ki ga prevaja prav stičišče obeh materialov, se lahko širi naprej, tudi če se kovinska žica prekine ali kovinski dielektrični vmesnik nenadoma preneha. Val SPP lahko potuje po zraku za nekaj 10 mikrometrov, kar po dolžini ustreza 600 tranzistorjem, povezanih eden za drugim v čipih, izdelanih s 14 nanometrsko tehnologijo.
SPP valovi pa lahko potujejo le, če so v bližini stika obeh materialov, tako da ne ustvarjajo presluhov med signali.
Težava uporabe SPP valov pri načrtovanju tokokrogov je v tem, da je bila teoretična podlaga tega pojava slabo opredeljena, čeprav raziskovalci na podlagi eksperimentov vedo, da obstajajo. Maxwell-ove enačbe, ki obravnavajo SPP valove, pokrivajo kontinuum frekvenc in so zelo zapletene.
“Namesto da bi reševali Maxwell-ove enačbe frekvenco za frekvenco, kar je nepraktično in zelo nagnjeno k računskim napakam, smo raje naredili več posnetkov elektromagnetnih polj,” je dejal Lakhtakia.
Če potem te posnetke gledamo zaporedoma, postanejo film, ki prikazuje širjenje impulzno moduliranega SPP vala.
“Preučujemo te težave,” je dejal Lakhtakia. “Preučujemo težave, ki so bile še pred 10 leti nerešljive. Računalniške komponente z izboljšanimi računskimi zmogljivostmi so spremenile naš način razmišljanja o teh težavah, vendar še vedno potrebujemo več pomnilnika.”
Povzeto po: https://phys.org/news/2019-09-gap-electronics-faster.html
