СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 6/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2016 рение» радиуса нейтрона на порядки приведёт к выделению огромной тер- моядерной энергии в материи (в систе- ме протон–электрон), т.е. со сбрасыва- нием температуры продукта ядерной мутации нейтрона в водород до нуле- вой кельвиновской температуры с выде- лением энергии в пространство. И нао- борот, «сжатие» водорода и его трансму- тация в нейтрон – это ядерный «склад» энергии, который, предположительно, по этой схеме и работает в ядре Солнца. Или, по-другому, воздействуя гипер- магнитными квантами на нейтрон, мы сможем получить как бы ядерный «фотоотклик», точнее, магнито-кванто- вый отклик. Вот и вся суть возможной тера- и петаэнергетической магнито- ядерной инициативы. Здесь много «маг- нитных тайн», подобных тем, с которы- ми мы сталкиваемся почти ежедневно. О ТЕЧЕСТВЕННЫЙ И ЗАРУБЕЖНЫЙ ЗАДЕЛЫ В ТЕРАГЕРЦОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ Терагерцовые аналоговые и цифро- вые системы – это разные по уровню сложности субмикроэлектронной архи- тектуры системы. Это чётко проявляет- ся, допустим, при построении аналого- вого генератора на транзисторах типа FinFET при длине канала 14 … 22 нм, пре- дельные частоты которого достижимы, например, на той же КМОП-системе, только при дрейфовых длинах канала в 10, а то и 7 нм. Выстраивать твердо- тельные (в обычном понимании – полу- проводниковые) аналоговые системы без «оцифровывания» приёмо-переда- ющего сигнала исключительно слож- но из-за уровня шумов, превышающе- го зачастую уровень усиления аналого- вого сигнала. Это означает, что, скажем, в терагерцовом АЦП должны быть прак- тически разные по типу технологии цифровые и аналоговые элементы. Развитие терагерцовой электроники (генераторы, передатчики, усилители, приёмники) ведётся по двум направ- лениям: ● вакуумная терагерцовая электроника; ● твердотельная электроника. Вакуумная терагерцовая электро- ника с выходной мощностью от 0,5 до 1000 кВт выполняется на гиротронах, а также на клистронах, лампах бегущей волны (ЛБВ) и лампах обратной волны (ЛОВ). Проблемы, с которыми сталкива- ются разработчики зарубежных фирм (Toshiba, SLAC, CPI), а также россий- ские (ИПФ РАН (г. Нижний Новгород) и «Исток» (г. Фрязино)), – это массогаба- ритные показатели (уровня «шкафов»), теплоотвод, модуляция электронного потока по фазовым скоростям. Кроме того, необходимы сверхпроводящие магниты с полями в десятки тесла. Твердотельная терагерцовая элек- троника за рубежом выстраивается на FinFET, смесительных GaAs-SBD, нано- размерных диодах Ганна, HBT, p-HEMT, MHEMT, MDM (приборы на эффекте Джозефсона), микроболометрах, фотон- ных приборах (терагерцовых лазе- рах на A III B V , фемтосветодиодах). Есть и такая экзотика, как наноразмерные резонансно-туннельные диоды (РТД) и самопереключающиеся диоды (Self- Switching Diodes, SSD). Но это всё тех- ника нано-, микро- или, в лучшем слу- чае, милливаттного терагерцового диа- пазона. Попытки «умножить» частоту на смесительных диодах, в частности, на GaAs-SBD, ни к чему хорошему не приво- дят из-за резкого усиления коэффици- енташума, достигающего немыслимых величин – до 14–15 дБ при аналогичном коэффициенте усиления мощности. Тем не менее, программа DARPA «Terahertz Electronics» (с 2009 г.) заметно продвинулась на базе InP HBT и HEMT (с обогащённым 2D-каналом и подвиж- ностью выше 20 000 см 2 /В × с), что при- вело к созданию сверхмалогабаритных передатчиков и приёмников на часто- тах выше 1 ТГц с милливаттными мощ- ностями и высокой широкополосно- стью. Кроме этого, агентство DARPA в 2014 г. сообщило о создании самого быстрого в мире процессора с тактовой частотой выше 1 ТГц, и, надо полагать, что в 2016 г. предельная скорость обра- ботки и адресации информации будет удвоена. TMIC-процессор (Terahertz Monolithic Integrated Circuit) или циф- ровая система С 3 БИС, видимо, выполне- на всё-таки пока по кремниевой КМОП- технологии, поскольку сложно создать плотность упаковки элементов в 2 × 10 10 элементов на 1 см 2 и выше в бездефект- ной зоне, допустим, на A III B V . Одним из «игроков» в терагерцовой зоне является и американская компа- ния Freescale (в 2015 г. объединившая- ся с голландской NXP Semiconductors) с её GaAs-MOSFET-системами, которые являются практически в 20 раз более скоростными в сравнении с кремние- вымиMOSFET-системами. В России же оMOSFET-технологиях на GaAs пока не помышляют. Наиболее выдающихся успехов в диффузионно-дрейфовой техноло- гии переноса терагерцовой электрони- ки ближнего диапазона достигла фир- ма Northrop Grumman Corporation [3], что, вероятно, будет технологически осязаемо в РФ, в лучшем случае, к 2020 г. Пути усиления терагерцовой твер- дотельной техники находятся, прежде всего, в плоскости совершенства кри- сталлографических гетероструктур на основе элементов A III B V и, как это ни странно, на A IV B IV . При этом нужно вре- менно «забыть» о GaN p-HEMT с боль- шим уровнем шума. Пиковый уровень полупроводнико- вых технологий продемонстрирован год назад IBM [4]: в экспериментальных процессорах, изготовленных по 7-нм FinFET-техпроцессу, «по сравнению с 10-нм чипами ожидается 50-процент- ный выигрыш не только в производи- тельности, но и в энергопотреблении». «Это значит, чтонынешние прогрессив- ные 14-нм чипы будут казаться рядом с 7-нм устаревшими, медленнымии горя- чими «динозаврами», – утверждают в IBM (впрочем, многолетний опыт Intel по выпуску массовых чипов по 32-нм, 22-нм и 14-нм техпроцессам, показывает, что подобные «прожекты» на практике могут и не оправдаться – прим. ред.). Напомним, что в России техноло- гия 65 нм находится пока лишь на ста- дии освоения. Собственно, это было отмечено в «Стратегии развития элек- тронной промышленности России на период до 2025 г.», утверждённой девять лет назад (летом2007 г.). Вней, в частно- сти, отмечалось: «Из-за технологическо- го отставания в области твердотельной СВЧ-электроники имеются серьёзные проблемы в создании современно- го радиолокационного вооружения… Сегодня очевидно, что дальнейшее отста- вание России в такой ключевой обла- сти промышленности, как производ- ство электронных компонентов, край- не опасно и недопустимо, поскольку не позволит перейтиот сырьевой экономи- ки к «экономике знаний» и обеспечить первоочередное развитие высокотехно- логичных отраслейпромышленности». Ещё раз подчеркнём, что прошло девять лет. С учётом капитальных вло- жений (как государственных средств, так и на основе кредитных линий) потрачено около 100 млрд руб., а техно- логический разрыв не только не сокра- тился, но увеличился! Санкции ещё больше обострилипро- блемы разработчиков гиперчастотных электронных систем. В итоге, разрабо- танная и достаточно продуманнаяПро- грамма импортозамещения (Приказ