Будущее маломощных чипов под сомнением

Инженеры из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) заявляют о том, что базовая теория, объясняющая природу определенного типа шума в очень маленьких транзисторах, в корне неверна.

Известные как "случайный телеграфный шум" (random telegraph noise), эти аномальные сигналы являются проблемой для статической RAM и флэш-памяти, а также угрожают будущему маломощных логических схем, держащих курс на уменьшение размеров и снижение питающего напряжения. Без новой теории инженерам будет сложно избавиться от шума, как предвидит научный сотрудник Национального исследовательского совета (National Research Council) при NIST Джейсон Кэмпбелл (Jason Campbell): "Если вы не знаете, где источник проблем, вы не сможете их решить". Его коллега из консорциума по исследованию полупроводников Sematech а Остине, Техас, Женади Берсакер (Genadi Bersuker) солидарен относительно серьезности вопроса: "Проблема очень критична. Весь спектр связанных с шумом процессов гораздо сложнее, чем кажется при описании каждого в отдельности".

Согласно превалирующей сейчас теории, электрон, проходя через транзисторный канал, может на время перейти в слой изолятора сверху. Это происходит вследствие квантово-механического эффекта, известного как туннелирование, которое делает возможными "прыжки" электрона сквозь изолятор, словно он отсутствует вовсе. Электроны случайным образом попадают в дефектные места в изоляторе и затем благодаря тому же туннелированию выходят обратно. Эти переходы и создают в транзисторе шум. Продолжительность процесса туннелирования связана с толщиной изолятора, и десятилетия назад, когда формулировались соответствующие теории, его слой измерялся микрометрами. Теперь масштаб уменьшился до нанометров. Кэмпбелл исследовал промышленные нанометровые транзисторы, произведенные TSMC, которые обладают значительно меньшими размерами, чем в микропроцессорах, и чей изоляционный слой равен всего 1,4 нм. Он ожидал увидеть туннелирование с временем переходов от наносекунд до пикосекунд. Вместо этого, процесс занял намного больше времени - от миллисекунд до секунд. "Все, на чем специалисты основывались, было неверным", - отмечает Кэмпбэлл.