Mooreův zákon stále potvrzuje, jak exponenciálně pokračuje vývoj čipů – jsou stále menší, výkonnější a mají stále více logických prvků (tranzistorů) na stále menší ploše. Se zvyšováním počtu tranzistorů v čipech ale přichází i zvyšování počtu chybných prvků a je tak nutné neustále zlepšovat samotnou výrobu už od samotného materiálu až po vytvoření čipu na waferu. Vědci z univerzity Twente vyvinuli novou metodu pro analýzu poškození právě těchto nejmenších logických prvků.
Nedokonalý tranzistor
Poškození jednotlivých částí čipu probíhá kvůli mnoha důvodům. Čistota křemíku pro současné čipy je dnes nesrovnatelně vyšší, než byla v minulosti. Například už před několika lety byla minimální čistota křemíku používaného pro čipy 99,9999999 %, což znamená, že materiál obsahoval pouze jeden jiný atom na miliardu atomů křemíku.
Ke znečištění a chybám ale dochází i v dalších fázích výroby. I když doposud bylo možné odhalit větší problémy čipu a oblastí, nyní se poprvé podařilo dosáhnout toho, že lze detekovat i poškození na úrovni jednotlivých tranzistorů.
Je nutné ale dodat, že dnešní čipy bez problému fungují i na takové úrovni, že obsahují miliardu nedokonalostí na centimetr čtvereční. Poškození jsou tak extrémně malá a pokud jsou rovnoměrně distribuovaná, není to větší problém. S postupným zmenšováním logických prvků se ale v poměru k tomu stávají tyto nedokonalosti stále výraznější, je tak nutné je co nejlépe detekovat.
V příštím desetiletí se totiž už dostaneme k čipům, které budou mít tranzistory či jiný typ logických prvků pod úrovní jednoho nanometru a velikosti atomů (uhlíkový atom má 340 pikometrů). Výroba i samotné čipy a jejich struktura tak bude muset být dokonalejší než kdy dříve.
Testování zatím jen na malých čipech
Vyvinutá metoda se ukázala do budoucna jako velmi nadějná, podařilo se totiž detekovat a zneutralizovat 80 % defektů v testovacích čipech. Na druhou stranu je nutné upřesnit, že šlo o primitivní čipy pouze s 11 elektrodami, byť o velikostech 35 nanometrů.
Vše navíc probíhalo v laboratorních podmínkách s použitím fáze zahrnující -270 stupňů Celsia a zahřátí čipů na 300 stupňů Celsia. Přenesení tohoto procesu a metod do hromadné výroby je otázkou minimálně několika let.
Dokonalé čipy budoucnosti
Zkoumáním nedokonalostí už na úrovni tranzistorů pomůže hledat samotné příčiny toho, proč vůbec vznikají. Díky tomu lze mnohem rychleji optimalizovat výrobní proces, protože jsou zkrátka k dispozici přesnější zdrojová data.
Vědcům z IBM Research už se podařilo vyrobit první 7nm čip
Dokonalejší výroba znamená možnost vyrábět dokonalejší čipy – jak z pohledu výkonu, tak i spotřeby a efektivity. Už dnes se setkáváme s velkými rozdíly kvality stejných čipů na jednom waferu, která ovlivňuje vlastnosti konečného výrobku. Do budoucna bude ale stále větší dokonalost nutnost, bez které nepůjde pokračovat dál. Otázka zní, kde končí limity takové dokonalosti.
