Главная arrow Интегральные микросхемы arrow Полевые транзисторы
Как начинался компьютер
Компьютерная революция
Двоичный код
Разработки военных лет
Интегральные микросхемы
Микрокомпьютер
Персоны
Сеть
Язык компьютера
Развитие ПО
Гибкие системы
Средства разработки
Информатика
Вычислительная наука
Операционные системы
Искусственный интеллект
Предыстория
Поиск
Знания и рассуждения
Логика
Робототехника
 

 
Полевые транзисторы Печать
МОП-транзистор
Вскоре в широкую продажу поступили десятки микропроцессоров соперничающих фирм. Этому способствовал возврат к технологии, которая некоторое время оставалась в тени. В начале 70-х годов начали широко применяться МОП-транзисторы (транзисторы со структурой металл окисел - полупроводник). В этом приборе, изобретенном десятилетием раньше, в качестве затвора - эквивалента базы биполярного транзистора - использовался очень тонкий слой металла (позже замененного поликремнием). Прикладывая к затвору напряжение, можно переключать транзистор из проводящего состояния в непроводящее и наоборот. Технология полевых (или МОП) транзисторов позволила увеличить количество компонентов в ИС и значительно снизить их стоимость. (К концу 70-х годов цена некоторых микросхем составляла менее 5 долл. за штуку.) Такие транзисторы были не только меньше по размерам и дешевле биполярных, но и потребляли меньше электроэнергии. А это означает, что они выделяли меньше тепла; в прошлых конструкциях именно значительное выделение тепла сдерживало дальнейшее увеличение плотности интеграции. Схемы, имевшие до 15 слоев; теперь удавалось разместить в кристалле толщиной в тысячную долю сантиметра.

К 1981 г., спустя лишь десятилетие после изобретения Эдварда Хоффа, фирма  Hewlett-Packard (Хьюлетт-Пакард) уже смогла выпустить микропроцессор, превосходящий по мощности центральные процессоры многих больших ЭВМ того времени. Его быстродействие - а он перемножал два 32-битных числа за две миллионные доли секунды - достигалось за счет работы 450 тыс. МОП-транзисторов, которые соединялись друг с другом 16 м тончайших проводников из напыленного металла. Вся структура помещалась на кремниевом кристалле площадью порядка одного квадратного сантиметра и занимала меньше места, чем один транзистор времен, предшествующих изобретению интегральных схем.

Процесс столь поразительной миниатюризации электронных компонентов, получивший название сверхвысокой степени интеграции, продолжался и в 90-е годы. По мнению специалистов, прежде чем будут исчерпаны все возможности нынешней революции в микроэлектронике, плотность интеграции достигнет порядка 10 млн. компонентов на кристалле размером с ноготь. Однако уже в 80-е годы ученые начали сталкиваться с проблемами, свидетельствующими, что миниатюризация не беспредельна. Одна из проблем - это всевозрастающая сложность проектирования микросхемы. Несмотря на помощь компьютеров, которые способны моделировать возможные пути распространения электрических импульсов, для составления карты микропроцессора требуется год - полтора работы большой группы специалистов, тогда как на разработку микропроцессоров первых поколений уходило всего несколько недель. И по мере того как размеры транзистора, постоянно уменьшаясь, приближаются чуть ли не к длине световой волны, гравировка поверхности кристаллов даже при самых современных методах, например с использованием лазеров, наталкивается на все большие трудности.

К тому же физики предостерегают: меньше - это не обязательно лучше. Самые крошечные транзисторы иногда по размерам меньше бактерий - потребляют так мало энергии, что становятся уязвимыми для случайных микроскопических воздействий. Например, космические лучи, представляющие собой потоки элементарных частиц очень высоких энергий, которые непрерывно бомбардируют Землю, могут нарушить работу транзистора, вызвав его ошибочное переключение. К случайным переключениям могут привести даже такие процессы, как медленная диффузия атомов примеси в кремнии, а также микроскопические разрушения материала, обусловленные колебаниями температур.

Исследователи надеются обойти эти трудности, создав совершенно новые типы переключателей. Один из таких перспективных переключателей основан на эффекте Джозефсона, открытом английским физиком Брайаном Джозефсоном. Предсказанный на основе теории сверхпроводимости этот эффект означает протекание сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника, - так называемый переход Джозефсона. Состояние сверхпроводимости - почти полного отсутствия сопротивления - достигается в некоторых материалах при охлаждении их до температур всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. Свойство сверхпроводимости, наверное, найдет особые применения в космическом пространстве. Переключатель, построенный на эффекте Джозефсона, срабатывает в 10 раз быстрее современных транзисторов.

Заглядывая дальше в будущее, многие исследователи предвидят появление еще более радикальных подходов. Предполагается, в частности, что новые керамические материалы дадут жизнь оптическим компьютерам, где вместо электронов будут «работать» фотоны (частицы света). Другие ученые, давая еще больший простор воображению, мечтают о том времени, когда средствами генной инженерии удастся вырастить биочип - комок органического материала, состоящий из миллиардов транзисторов, каждый из которых представляет собой одну-единственную белковую молекулу. Но какое бы будущее ни ожидало технологию интегральных микросхем, важно одно: успехи, достигнутые в этой области за последние 30 лет, раз и навсегда лишили правительство и крупные фирмы монополии на компьютеры. Чем меньше и дешевле становились электронные компоненты, тем меньше и дешевле становились сами компьютеры, прокладывая путь к полностью компьютеризованному обществу.