Учёные строят из нанореле механическую микросхему

Причина, вынудившая снова задуматься об альтернативах электронике, проста: чем тяжелее условия, тем хуже работают обычные полупроводниковые микросхемы.

Американские учёные разработали новую реализацию логического элемента "НЕ" (инвертора). В отличие от элементов, использующихся в компьютерах последние полвека, они основаны не на электронике, а на механике - почти как в старые добрые времена, когда Чарльз Бэббидж изобрёл первый механический компьютер.

Впрочем, создатели миниатюрного механического инвертора вдохновлялись не столько работами Бэббиджа, сколько вычислительными машинами сороковых годов прошлого века, собранными из электромеханических реле.

Причина, вынудившая снова задуматься об альтернативах электронике, проста: чем тяжелее условия, тем хуже работают обычные полупроводниковые микросхемы. При высоких температурах или радиации они становятся ненадёжны или просто не действуют. Конструкторам бортовых компьютеров или контроллеров устройств, которым предстоит оказаться не в самой дружелюбной среде, приходится идти на всевозможные компромиссы и ухищрения.

Группа специалистов из Университета западного резервного района, работавшая под руководством Те Хао Ли, предприняла попытку отказаться от транзисторов в пользу микроскопических реле, которые способны даже при очень высокой температуре под действием электростатического притяжения механически размыкать и замыкать цепь.

Разработчики использовали кремниевую пластину, которая сначала была покрыта тонким слоем оксида кремния, а затем - 400-нанометровым слоем карбида кремния. Применив метод электронно-лучевой литографии, они создали простой переключатель, состоящий из двух электродов из карбида кремния, которые по функциям соответствуют истоку и стоку полевого транзистора. Электроды соединены перекладиной из того же материала - она "заменяет" затвор транзистора.

Когда на электроды подают ток, электростатика притягивает перекладину к одному из электродов. Это позволяет току течь через "затвор" и "исток". Таким образом, это устройство становится наноэлектромеханическим подобием полевых транзисторов.

Учёные сумели заставить механический инвертор включаться и выключаться при температуре 550° С. За одну секунду элемент успевает сработать 500 тысяч раз, и Ли уверен, что это не предел. Он надеется довести скорость до миллиарда переключений в секунду. Микроэлектронные логические элементы утрачивают надёжность при существенно меньших температурах.

Контроллеры, собранные из механических логических элементов, можно использовать, например, в реактивных двигателях или на нефтяных платформах.

Работа ещё не завершена. Некоторые реле плавились и ломались через два миллиарда циклов. По словам Ли, возможно, всё дело в скачке напряжения при высокой температуре. Следующий этап: решить возникшие проблемы, а затем собрать из нанореле сумматоры и регистры.