A számítógépek hajdanán szobanagyságúak voltak.
Most ott lehetnek a zsebünkben,
a csuklónkon,
még a testünkbe is beültethetők.
Ugye milyen remek?
Ez a tranzisztorok miniatürizálása révén vált lehetségessé,
melyek apró kapcsolók
számítógépeink áramköreiben.
Évtizedeken át tartó fejlődés során
tudományos áttörésekkel, a mérnöki munka bravúrjaival
és dollármilliárdok befektetésével értük el mindezt.
Ez nagyfokú számítógép-használatot
és nagyméretű memóriát hozott el nekünk,
valamint a napjainkban tapasztalható és élvezhető digitális forradalmat.
De a rossz hír az,
hogy digitális útzárhoz érkeztünk,
mivel a miniatürizálás sebessége lassul.
Ez éppen akkor történik,
amikor a szoftverújítás könyörtelenül folytatódik
mesterséges intelligenciával és tömérdek adattal,
amikor eszközeink többnyire arcfelismerést és valóság-kiterjesztést végeznek,
vagy akár autókat vezetnek megbízhatatlan, kaotikus útjainkon.
Lenyűgöző!
De ha nem tudunk lépést tartani szoftvereink étvágyával,
elérhetünk technológiánk fejlődésének egy olyan pontjára,
ahol a szoftveresen lehetséges dolgok
hardvereink miatt korlátozottakká válnak.
Mind tapasztaltunk már régi okostelefon vagy tablet miatti frusztrációt,
ahogy lassan működik, végül leáll
az egyre gyarapodó szoftverfrissítések és új funkciók terhe alatt.
Amikor nem olyan rég megvettük, még jól működött,
de a mohó szoftvermérnökök időközben
bekebelezték az egész hardverkapacitást.
A félvezetőipar nagyon is tudatában van ennek,
és kreatív megoldásokon dolgozik,
a tranzisztorokon túlhaladva a kvantumszámításig,
vagy akár másfajta szerkezeti felépítést használva a tranzisztoroknál,
mint amilyenek a neurális hálózatok,
hogy erősebb, hatékonyabb áramköröket készítsen.
De ezek a megközelítések időigényesek,
és mi sokkal inkább azonnali megoldást keresünk erre a problémára.
A tranzisztorok miniatürizálása lassul,
amit a gyártási folyamatok összetettebbé válása okoz.
A tranzisztorok valamikor kézzelfogható eszközök voltak,
amíg fel nem találták
a tiszta szilíciumkristály-lemezeken alapuló integrált áramköröket.
Ötven év folyamatos fejlődés után
a tranzisztorok méretei
tíz nanométeres dimenziókban járnak.
Egymilliárd tranzisztornál is többet tudunk elhelyezni
egyetlen négyzetmilliméter szilíciumon.
Hogy jobban el tudják ezt képzelni,
az emberi hajszál 100 mikron vastag.
Egy lényegében láthatatlan vörösvértest
nyolc mikron átmérőjű,
így 12 férne el belőlük a hajszál átmérőjén.
Egy tranzisztor ennél sokkal kisebb,
kis töredéke a mikronnak.
Több mint 260 tranzisztor
férne el keresztbe egy vörösvértesten,
és 3000-nél is több a hajszál átmérőjén.
Hihetetlen nanotechnológia van a zsebükben.
Nyilvánvalóan előnyös, ha képesek vagyunk
több kisebb tranzisztort tenni egy chipre,
de emellett a kisebb tranzisztorok gyorsabb kapcsolók,
ráadásul hatékonyabbak is.
Vagyis ez a kombináció alacsony költségű, nagy teljesítményű,
magas hatékonyságú elektronikát nyújt számunkra,
melyet ma mindnyájan élvezünk.
Az integrált áramkörök gyártásához
a tranzisztorokat rétegesen építik fel,
tiszta szilíciumkristály lemezre.
Igen leegyszerűsített formában,
az áramkör minden apró elemét
rávetítik a szilíciumlemez felületére,
és egy fényérzékeny anyagon rögzítik,
majd ezt az anyagot átmaratják,
mintát hagyva az alatta fekvő rétegekben.
E folyamat az évek során drámaian fejlődött,
az elektronikának a ma ismert teljesítményt nyújtva,
de ahogy a tranzisztorok mérete csökken,
elérjük ennek a gyártási technológiának
a fizikai határait.
A legújabb, e technológiára épülő rendszerek
olyan összetetté váltak,
hogy darabonként több mint 100 millió dollárba kerülnek.
A félvezetőgyárakban több tucat ilyen gép van.
Ezért az emberek komolyan megkérdőjelezik: Életképes ez a módszer hosszú távon?
De mi hisszük, hogy képesek vagyunk chipet gyártani
ettől teljesen eltérő, költséghatékonyabb módon,
a természetet utánzó molekuláris tervezéssel,
nanoméretű dimenziókban állítva elő a tranzisztorokat.
A hagyományos gyártás fogja az áramkör minden apró elemét,
és a szilíciumra vetíti.
De ha az integrált áramkör szerkezetét,
a tranzisztortömböket nézzük,
sok jellegzetesség milliószor ismétlődik.
Meglehetősen periodikus a struktúra.
Ebből a tulajdonságból előnyt kovácsolhatunk
alternatív gyártástechnológiánkban.
Önszerveződő anyagokat kívánunk használni
a periodikus struktúrák természetes formálódásához,
melyekre tranzisztoraink miatt van szükségünk.
Anyagokkal valósítjuk meg ezt,
melyek elvégzik a finom mintázatok kialakításának nehéz feladatát,
ahelyett, hogy a kivetítési technológiát erőltetnénk minden határon túl.
Az önszerveződés a természetben több helyen is megfigyelhető,
a lipidmembránoktól a sejtszerkezetig,
úgyhogy tudjuk, hogy ez strapabíró megoldás lehet.
Ha elég jó a természetnek, számunkra is az kell, hogy legyen.
Szóval, vesszük ezt a robusztus, természetes önszerveződést,
és gyártásra használjuk fel félvezető-technológiánkban.
Az egyik önszerveződő anyag -
szakaszos kopolimer -
két, egyenként néhány tíz nanométer hosszú polimerláncból áll,
amelyek nem férnek össze,
taszítják egymást,
mint az olaj és a víz, vagy mint a serdülő fiam és lányom.
(Nevetés)
De mi kegyetlenül összekapcsoljuk őket,
beépített feszültséget hozunk létre a rendszerben,
amint próbálnak szétválni egymástól.
Az ömlesztett anyagban ezek milliárdjai találhatók,
a hasonló összetevők próbálnak együtt maradni,
az ellentétesek pedig elkülönülni egymástól,
mindezt egyidőben.
Ez beépített feszültséget hoz létre a rendszerben,
amely így mozog, formálódik, és végül kialakul.
Ez a természetesen önszerveződő forma nanoméretű,
hosszú, szabályos és periodikus,
azaz pontosan olyan, amilyenre szükségünk van tranzisztortömbjeink számára.
Így már használhatjuk a molekuláris tervezést
különböző méretű és periodicitású
alakzatok létrehozásához.
Ha például veszünk két szimmetrikus molekulát,
ahol a két polimerlánc hasonló hosszúságú,
a természetes önszerveződéssel kialakult forma
egy hosszú, kanyargós vonal,
amely nagyon hasonlít az ujjlenyomathoz.
Az ujjlenyomatvonalak szélességét,
és a köztük lévő távolságot
polimerláncaink hossza,
valamint a rendszer beépített feszültsége határozza meg.
Ennél is kidolgozottabb struktúrákat tudunk létrehozni
aszimmetrikus molekulák felhasználásával,
ahol az egyik polimerlánc jelentősen rövidebb a másiknál.
Ebben az esetben a kialakult szerkezetben
a rövidebb láncok tömör labdaként állnak össze középen,
és őket hosszabb, szemben álló polimerláncok veszik körbe,
miközben természetes hengert formálnak.
A henger mérete,
és a hengerek közti távolság, a periodikusság
ez esetben is a polimerláncok hosszától
és a beépített feszültségtől függenek.
Más szavakkal, molekuláris tervezéssel
nanoméretű alakzatok önszerveződését idézzük elő,
ezek lehetnek terveinknek megfelelő méretű és periodicitású vonalak és hengerek.
A kémiát és vegyészmérnöki tudásunkat használjuk,
hogy legyártsuk ezeket a nanoméretű jellemzőket tranzisztoraink számára.
De az önszerveződő alakzatok létrehozásának képessége
csak félútig visz el bennünket,
mivel még el kell helyezni őket az integrált áramkörben oda,
ahová tranzisztorokat kívánunk elhelyezni.
Ám ezt viszonylag könnyen el tudjuk érni.
Széles vezetőelemekkel rögzítjük az önszerveződő alakzatokat
a kívánt helyre,
fennmaradó részüket pedig
párhuzamos helyzetekbe kényszerítjük,
a vezetőelemekhez igazítva.
Például, ha egy vékony, 40 nanométeres sort akarunk,
amelyet elég nehéz legyártani a hagyományos vetítési technológiával,
a normál vetítési technológiával
legyárthatunk egy 120 nanométeres vezetőstruktúrát,
ami három 40 nanométeres sort fog létrehozni a vezetősávok között.
Így az anyagok végzik a legnehezebb finom-mintázást.
Ezt a megközelítést nevezzük "irányított önszerveződésnek".
A kihívás benne, hogy az egész rendszernek
majdnem tökéletesen kell igazodnia,
mivel egy apró hiba is tranzisztor-meghibásodást okozhat.
Mivel áramkörünkben tranzisztorok milliárdjai találhatók,
molekulárisan majdnem tökéletes rendszerre van szükségünk.
Rendkívüli intézkedéseket fogunk tenni,
hogy ezt elérjük,
a kémiai tisztaságtól
az anyagok gondos előállításáig
a félvezetőgyárban,
hogy eltávolítsuk még a legkisebb nanoméretű hibát is.
Az irányított "önszerelés"tehát teljesen új szemléletű technológia,
de egyelőre még fejlesztési stádiumban van.
De egyre erősebb a meggyőződésünk,
hogy forradalmian új gyártási folyamatként
mutatjuk majd be a félvezetőiparnak
néhány év múlva.
Ha ezt elérjük, ha sikerül,
képesek leszünk folytatni
a tranzisztorok költséghatékony miniatürizálását,
továbbfejleszteni a számítástechnikát,
így új lendületet adni a digitális forradalomnak.
És mi több, ez egy új kor hajnalát jelentheti
a molekuláris tervezésben.
Ugye milyen remek?
Köszönöm.
(Taps)