Семь элементов, которые изменили мир

Браун Джон

Сегодня интегральные чипы изготавливаются методом фотолитографии. Тонкая кремниевая подложка покрывается слоем диэлектрика – двуокиси кремния, поверх которого наносится слой защитного фоточувствительного материала. Когда ультрафиолетовое излучение направляется на этот материал, защитный слой разрушается и может быть удален. Специальная маска используется, чтобы ультрафиолет попадал только на те части чипа, где должны быть напечатаны элементы схемы. После того как защитный слой смывается, специальные химикаты используются для удаления двуокиси кремния в тех же областях, в результате чего обнажается расположенная в самом низу кремниевая подложка. Электрические свойства кремния могут теперь изменяться в качестве первого шага на пути к изготовлению транзистора. Например, к кремнию

могут быть добавлены атомы других элементов для создания одного слоя pnp– или npn-перехода (см. примечание 60). Этот процесс повторяется для одновременного создания всех компонентов схемы. Когда все компоненты чипа готовы, тонкий слой металла наносится сверху. Затем он удаляется так, чтобы все компоненты оказались соединены между собой требуемым образом. Это делается с использованием другого фоточувствительного слоя и другой маски, которая на этот раз имеет вид соединительных «проводов». Сложные схемы требуют нескольких слоев компонентов и металлических «проводов».

79. Berlin, The Man Behind the Microchip, p. 100.

80. За тот же период мировой бизнес по производству кремниевых транзисторов, сосредоточенный в США, вырос с 32 млн долл. до почти 90 млн долл.

81. Для ограничения тока в цепи использовался резистор, а конденсаторы применялись для накопления электрической энергии. Вместе с транзисторами это главные компоненты для создания логических вентилей.

82. Закон Мура – в действительности не закон, а результат наблюдения за этапами развития полупроводниковой промышленности. Фактически достоверность закона Мура отчасти поддерживает сама себя. Фирмы в высококонкурентной компьютерной индустрии осознают, что для выживания они обязаны, по крайней мере, двигаться в этом темпе. В действительности же число компонентов на чипе удваивается каждые полтора года, а не каждый год, как первоначально было установлено Муром.

83. «Cramming More Components Onto Integrated Circuits», Electronics magazine, 1965, в кн.: David C. Brock. Understanding Moore’s Law: Four Decades of Innovation. Philadelphia: Chemical Heritage Press, 2006, p. 55.

84. Andrew Grove, Only the Paranoid Survive. London: HarperCollins, 1997.

85. Там же, с. 30.

86. Информация кодируется в частицах света, называемых фотонами, и затем передается по оптоволоконным кабелям. Для передачи светового сигнала на большие расстояния без заметного снижения интенсивности должны использоваться мощные лазеры. Именно изобретение таких лазеров, а не оптических стеклянных волокон, существовавших уже довольно давно, позволило в 1970-х гг. создать системы оптоволоконной связи.

87. Kurzweil Ray. The Singularity Is Near: When Humans Transcend Biology. London, Duckworth, 2005, p. 7.

88. Shulman Ari. «Why minds are not like computers». New Atlantis, Winter 2009.

89. Gordon Moore, «Moore’s Law at 40», в кн.: Brock, Understanding Moore’s Law, p. 6.

90. Мы всё быстрее создаем информацию и на персональных компьютерах, и в больших центрах сбора данных или научно-исследовательских институтах (таких как Большой адронный коллайдер в ЦЕРН, создающий 15 000 000 гигабайт данных каждый год). Медь с трудом справляется с таким огромным потоком данных, так как требуемое количество электронов не может достаточно быстро перемещаться на большие расстояния. Например, крупные центры по сбору данных сталкиваются с проблемой низкой производительности передающих мощностей, поскольку продолжают использовать для передачи данных проводные линии связи из меди. В настоящее время центры обработки и хранения информации должны находиться близко друг от друга, так как медные кабели могут передавать данные лишь на относительно короткие расстояния. Устройства кремниевой фотоники позволяют разнести эти центры в пространстве, чтобы все процессоры, являющиеся основными источниками выделения тепла в компьютере, могли бы быть размещены в одном месте. В результате удалось бы значительно сократить затраты энергии на охлаждение системы.

91. Назван по имени архитектора-футуриста Бакминстера Фуллера (Buckminster Fuller), поскольку напоминает по форме некоторые его проекты.

92. Прочность графена обусловлена прочностью

связей между атомами углерода и гибкостью этих связей, что позволяет растягивать лист графена так, чтобы увеличить исходный размер в пять раз, не вызывая нарушений структуры.

93. В двумерном графене электроны могут перемещаться только в горизонтальной плоскости. Перемещений электронов по вертикали не происходит. Это значительно снижает интенсивность, с которой электроны рассеивают друг друга. Поток электронов на поверхности графена похож на движение машин по автостраде. Большое число электронов, которые могут двигаться с высокой скоростью, или так называемая «баллистическая кондукция», обеспечивает графену исключительно высокую электро– и теплопроводность.

94. Интервью с Новоселовым, 19 марта 2012 г.

95. Novoselov K. S. and Geim A. K. et al., «Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films», Science, 306, p. 666 (2004).

95. Novoselov K. S. and Geim A. K. et al., «Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films», Science, 306, p. 666 (2004).

97. Электрический ток возникает в графене тогда, когда он поглощает фотоны. Если найти способ использовать этот ток, то графен можно было бы применять для производства солнечных батарей.

98. Это так называемый цикл обмана Гартнера. После начального возбуждения, вызванного новым открытием, обычно наступает «жестокое разочарование», прежде чем начнется период умеренного применения открытия.

99. Большинство дисплеев изготавливаются из диэлектрика (стекла), покрытого тонким слоем прозрачного электропроводящего материала. Электрический ток течет по проводнику. Тело человека проводит электричество, поэтому, когда вы касаетесь экрана, какой-то ток направляется к точке контакта, изменяя общий ток, текущий по экрану. Изменение тока измеряется сенсорными датчиками, расположенными по краям экрана, и интерпретируется компьютером. Вот почему дисплеи не работают, когда вы касаетесь их рукой, одетой в перчатку из изолирующего материала. Большинство сенсорных дисплеев изготавливаются с использованием оксида индия – олова, но этот материал дорогой и непрочный. Графен – тонкий, износостойкий, обладает высокой электропроводностью, и поэтому из него могут быть изготовлены более дешевые и износостойкие сенсорные дисплеи с более высоким быстродействием.

Власть, прогресс и разрушение

1. Agricola, De re metallica, p. 18.

2. Lieutenant General Brehon Somervell, Commanding General of the Army Services of Supply (во времена службы под началом Гроувза был полковником). Leslie Groves, Now It Can be Told (New York: De Capa Press, 1962), p. 4.

Благодарности

1. «Unpacking my library; A talk about book collecting». Walter Benjamin. Illuminations (New York: Schocken Books, 1969). Я благодарен Дарио Микеле Зорза за предоставление этой ссылки.

Библиография

Сущность всего

Bragg W. H. Concerning the Nature of Things. London: G. Bell & Sons Ltd, 1925.

Browne John. Beyond Business. London: Weidenfeld & Nicolson, 2010.

Diamon Jared. Guns Germs and Steel. London: Jonathan Cape, 1997.

Feynman Richard. The Meaning of It All. London: Penguin Books, 1998.

Железо

Карнеги Э. Автобиография. Евангелие богатства. М.: Попурри, 2014.

Ashton T. S. The Industrial Revolution. Oxford: Oxford University Press, 1968.

Batty Peter. The House of Krupp. London: Secker & Warburg, 1966.

Besseme Henry. Sir Henry Bessemer, F.R.S.: An Autobiography. London: Office of Engineering, 1905.

Bismark Otto von. Blut und Eisen. 1862.

Bodsworth C. Sir Henry Bessemer: Father of the Steel Industry. London: IOM Communications Ltd, 1998.