Znajdź zawartość

Amerykańska ustawa CHIPS and Science Act, która wywołała spory między USA a Unią Europejską, przynosi pierwsze efekty. Jej celem jest m.in. zachęcenie do budowy w USA nowych fabryk półprzewodników. Firmy mogą liczyć na ulgi podatkowe czy dopłaty. Przeznaczono na ten cel 39 miliardów USD i najwyraźniej zachęciło to gigantów. Micron zapowiedział, że zainwestuje do 100 miliardów dolarów w nową fabrykę w stanie Nowy Jork, TMSC – który buduje wartą 12 miliardów USD fabrykę w Arizonie – wybuduje drugi zakład, zwiększając wartość inwestycji do 40 miliardów, Samsung chce za 17 miliardów wybudować fabrykę w Teksasie, a Intel rozpoczął wartą 20 miliardów USD inwestycję w dwie fabryki w Ohio. Każda z tych fabryk będzie potrzebowała setek inżynierów i techników. Tymczasem obecnie USA wytwarzają 12% światowych półprzewodników, podczas gdy w roku 1990 było to 37%. Nic więc dziwnego, że w ostatnich dekadach zapotrzebowanie na odpowiednio wykształconą kadrę zmniejszało się, co spowodowało stagnację na rynku edukacyjnym. Wraz z CHIPS Act zaczęło się to zmieniać. Za zainteresowaniem przemysłu idzie oferta edukacji. Bo zapotrzebowanie będzie olbrzymie. Pod koniec ubiegłego roku amerykański przemysł półprzewodnikowy poszukiwał około 20 000 pracowników. Profesor Peter Bermel z Purdue University szacuje, że nawet jeśli skutkiem CHIPS Act będzie umiarkowany wzrost na amerykańskim rynku półprzewodników, to w ciągu najbliższych 5 lat potrzebnych będzie co najmniej 50 000 dodatkowych pracowników. Dlatego też koledże i uczelnie wyższe zwiększają swoją ofertę dla studentów, a przemył półprzewodnikowy próbuje im w tym pomóc. Intel, który chce w Ohio stworzyć „Silicon Heartland” przeznaczył 50 milionów dolarów dla 80 szkół wyższych w tym stanie. Za te pieniądze szkoły chcą doposażyć swoje pracownie, wynająć specjalistów i poszerzyć ofertę dla studentów. Intel zaś wspomoże je swoimi radami, doświadczeniem, stypendiami oraz dostępem do własnych centrów badawczych. Będzie to o tyle łatwiejsze, że już w 2011 roku władze stanowe przyjęły inicjatywę, w ramach której wspomagają uczelnie w zwiększeniu liczby studentów kierunków inżynieryjnych, technologicznych i medycznych. Dzięki niej na przykład, od 2021 roku studenci Ohio State University mogą uczyć się procesów wytwarzania układów scalonych w uniwersyteckim laboratorium, bez potrzeby korzystania z bardzo drogiego specjalistycznego clean-roomu. Uczelnia pracuje też nad narzędziami rzeczywistości wirtualnej i rzeczywistości rozszerzonej, dzięki którym studenci poczują się tak, jakby pracowali w prawdziwej fabryce półprzewodników. Kilkaset kilometrów dalej firma SkyWater Technology buduje wartą 1,8 miliarda dolarów fabrykę, a sąsiadujący z niż Purdu University uruchomił interdyscyplinarny Semiconductor Degrees Program, dzięki któremu studenci różnych wydziałów mogą nabyć umiejętności potrzebnych podczas pracy w przemyśle półprzewodnikowym. Uniwersytet rozpoczął też program edukacji pracowników na potrzeby SkyWater. Nie wszystkie stanowiska w przemyśle półprzewodnikowym wymagają ukończenia wyspecjalizowanych studiów. Zdaniem Intela, kluczem do sukcesu są pracownicy po lokalnych szkołach średnich. Intel rozbudowuje swoje fabryki w Arizonie, Nowym Meksyku i Oregonie. Będzie potrzebował dodatkowych 7000 pracowników. Około 40% tych stanowisk czeka na ludzi po dwuletnich szkołach, a tylko na 20% stanowisk wymagany jest tytuł licencjata, magistra lub doktora. Inne firmy również inwestują w swoich przyszłych pracowników. Samsung i Silicon Labs wspomagają lokalne koledże i szkoły techniczne oferując szkolenia, stypendia czy letnie staże. Samsung na przykład dołączył do lokalnej inicjatywy Austin Community College, w ramach której uczniowie, którzy chcą dodatkowo zdobyć zawód technika przemysłu półprzewodnikowego, szkolą się przez 2 dni w tygodniu. Piątkowym uczniom firma pokrywa całość kosztów nauki. Problemy z kadrą techniczną są widoczne na całym świecie. W dużej mierze są one spowodowane popularnością studiów informatycznych. Bardzo wiele osób o zainteresowaniach technicznych wybiera karierę programisty. Jednak, jako że programiści również są potrzebni, przemysł półprzewodnikowy nie próbuje zachęcać ich do zmiany zawodu, a stara się, by więcej osób decydowało się na pracę na rynku nowoczesnych technologii. CHIPS and Science Act został podpisany przez prezydenta Bidena w sierpniu 2022 roku. Spotkał się z ostrą krytyką ze strony Unii Europejskiej, która oskarżyła USA o protekcjonizm. Ustawa przewiduje dofinansowanie rozwoju amerykańskiego przemysłu półprzewodnikowego łączną kwotą w wysokości 280 miliardów dolarów. « powrót do artykułu

Zespół z University of California, Riverside stworzył półprzewodnikową technologię, która może pozwolić na budowę niezwykle wszechstronnego lasera ultrafioletowego, przydatnego zarówno do zabijania wirusów jak i zwiększania pojemności DVD. Lasery ultrafioletowe są szeroko stosowane w przechowywaniu danych czy biologii, jednak są to urządzenia duże, kosztowne i wymagające użycia dużych ilości energii. Obecne lasery ultrafioletowe bazują na azotku galu. Profesor Jianlin Liu i jego współpracownicy dokonali przełomu tworząc falowód lasera z tlenku cynku, co pozwala na produkcję mniejszych i tańszych laserów, które będą charakteryzowały się większą energią promienia i mniejszymi długościami fali. Dotychczas tlenek cynku nie nadawał się do budowy laserów, gdyż brakowało mu typu p. Liu rozwiązał ten problem domieszkując go antymonem tworząc półprzewodnik typu p. Nanokable tlenku cynku typu p połączono z tlenkiem cynku typu n tworząc diodę p-n. Przyłożenie napięcia wywołało emisję światła laserowego z końcówek nanokabli. „Od dziesięciu lat naukowcy zajmujący się tlenkiem cynku próbowali osiągnąć taki wynik. Nasze badania prawdopodobnie popchną naprzód całą technologię". Odkrycie uczonych z Kalifornii pozwoli na stworzenie laserów odczytujących i zapisujących znacznie gęściej zapisane dane, gdyż długość fali światła ultrafioletowego jest znacznie mniejsza niż wykorzystywanego obecnie światła czerwonego. W biologii i medycynie ultrafioletowy laser może penetrować wnętrze żywych komórek, zmieniać ich funkcje, służyć do dezynfekcji wody pitnej. W fotonice pojawią się dzięki niemu urządzenia przetwarzające i przesyłające dane znacznie szybciej niż ma to miejsce obecnie. Profesor Liu zauważa, że potrzebne są dalsze prace nad zwiększeniem stabilności półprzewodnika typu p z tlenku cynku.

TSMC zamierza ponoć wybudować kolejną gigantyczną fabrykę półprzewodników. Zakład Fab 16 ma kosztować 10 miliardów dolarów, a prace nad nim rozpoczną się w 2014 roku. Fabryka podwoi możliwości produkcyjne TSMC. Jej budowa zostanie podzielona na pięć etapów i potrwa wiele lat. Nie wiadomo, kiedy Fab 16 osiągnie pełną moc produkcyjną - TSMC nie chce komentować nieoficjalnych doniesień - jednak dzięki niej w TSMC ma powstawać miesięcznie około 600 tysięcy 300-milimetrowych plastrów krzemowych. Fab 16 nie tylko będzie miała takie zdolności produkcyjne jak w sumie wszystkie pozostałe zakłady TSMC, ale będzie też prawdopodobnie najdroższą fabryką półprzewodników na świecie. Można również przypuszczać, że nowa fabryka zostanie przygotowana do pracy z 450-milimetrowymi plastrami.

Od powstania Globalfoundries minął rok, a firma już doprowadziła do zmian na rynku. Klientem Globalfoundries został właśnie Qualcomm,największy na świecie producent półprzewodników, który nie posada własnych fabryk. Dzięki temu prawdopodobnie stała się ona drugim graczem, a przy tym tempie rozwoju może zagrozić wieloletniemu liderowi - TSMC. Globalfoundries powstało z marcu 2009 roku dzięki wyłączeniu z AMD wydziałów zajmujących się produkcją i dofinansowaniu ich przez pochodzącą z Abu Zabi firmę Advanced Technology Investment co. (ATIC). Już w lipcu Globalfoundries rozpoczęło budowę nowej fabryki i ogłosiło zdobycie pierwszego, poza AMD, dużego klienta. Została nim firma STMicroelectronics. W październiku 2009 klientem GF została firma ARM, a w styczniu bieżącego roku zakończył się proces przejmowania przez Globalfoundries singapurskiego producenta Chartered Semiconductor. Teraz portfolio koncernu wzbogaciło się o Qualcomm. Ze niemal stuprocentową pewnością można stwierdzić, że Globalfoundries jest drugim graczem na rynku. We wrześniu ubiegłego roku, a zatem jeszcze przed umową z ARM-em i Qualcommem połączone siły GF i Chartered posiadały 14,6% rynku półprzewodników na zlecenie. Niewiele więcej, bo 15,2% należało do UMC, a rynkowy lider - TSMC - mógł pochwalić się udziałami rzędu 48,6%.

Naukowcy z MIT-u zaprezentowali pierwszy laser z germanu, który generuje fale światła o długości przydatnej w komunikacji. To jednocześnie pierwszy laser germanowy działający w temperaturze pokojowej. German, w przeciwieństwie do wielu innych materiałów, może być łatwo wykorzystany we współczesnym przemyśle półprzewodnikowym. Ponadto, co niezwykle ważne, skonstruowanie wspomnianego lasera dowodzi, że, wbrew wcześniejszym przewidywaniom, półprzewodniki z pośrednim pasmem wzbronionym mogą posłużyć do produkcji laserów. To niezwykle ważny krok w kierunku budowy komputerów przesyłających dane, a niewykluczone że i dokonujących obliczeń, za pomocą światła w miejsce elektryczności. Rosnąca wydajność obliczeniowa układów scalonych oznacza, że pomiędzy poszczególnymi komponentami komputera trzeba przesyłać coraz więcej danych. Wykorzystywanie do tego celu prądu elektrycznego ma tę wadę, że im szybciej chcemy przesłać informacje, tym więcej energii musimy zużyć. Znacznie bardziej wydajną metodą jest użycie światła, jednak tutaj pojawia się konieczność opracowania taniego sposobu integracji podzespołów optycznych i elektronicznych w jednym układzie scalonym. Wprowadzenie każdego nowego rodzaju podzespołów do układu scalonego to poważne wyzwanie. Trzeba bowiem znaleźć taki materiał, który pozwala na wyprodukowanie pożądanego podzespołu o potrzebnych właściwościach, a który jednocześnie dobrze wiąże się chemicznie z warstwami układu scalonego znajdującymi się pod nim i nad nim. Ponadto proces nakładania nowego podzespołu musi odbywać się w temperaturach i środowisku chemicznym odpowiednich dla innych materiałów tworzących układ scalony. Wiele takich materiałów źle "współpracuje" z krzemem, dlatego np. proces umieszczania w chipie laserów z arsenku galu jest bardzo skomplikowany i kosztowny. Tymczasem techniki pracy z germanem są dobrze poznane, znacznie prostsze i tańsze. German wykorzystywany jest od lat przez większość producentów półprzewodników. Służy on do produkcji rozciągniętego krzemu, w którym elektrony poruszają się szybciej, niż w zwykłym krzemie. We współczesnej elektronice wykorzystywane są takie półprzewodniki jak krzem, german czy arsenek galu. Ten ostatni jest materiałem o bezpośrednim paśmie wzbronionym. W środowisku naukowym krążyła opinia, że materiały z pośrednim pasmem wzbronionym nigdy nie wygenerują światła laserowego - mówi Jurgen Michel z Electronic Materials Research Group, który brał udział w opracowaniu germanowego lasera. Tego uczą w szkole - wtóruje mu profesor Lionel Kimerling, szef grupy badawczej. Dzieje się tak dlatego, gdyż w półprzewodniku elektron znajdujący się w paśmie przewodzenia może przyjąć jeden z dwóch stanów. W jednym z nich uwalnia energię w postaci fotonu, w drugim - w inny sposób, np. w postaci ciepła. W materiałach o bezpośrednim paśmie wzbronionym stan, w którym emitowany jest foton, jest niższym stanem energetycznym. W półprzewodnikach o paśmie pośrednim, niższym stanem jest drugi z nich. Tak więc w sposób naturalny elektron emituje foton tylko w półprzewodnikach o paśmie bezpośrednim. Naukowcom z MIT-u udało się jednak zmusić elektrony germanu do przejścia w wyższy, emitujący fotony, stan energetyczny. Jedna z metod to wzbogacenie kryształu germanu o fosfor, który posiada pięć zewnętrznych elektronów, podczas gdy german ma ich cztery. Każdy atom fosforu daje zatem jeden dodatkowy elektron, który wypełnia niższy stan energetyczny powodując, że pobudzone elektrony germanu pozostają w stanie wyższym i emitują foton. Z wyliczeń uczonych wynika, że optymalny poziom domieszkowania germanu wynosi 1020 atomów fosforu na każdy centymetr sześcienny germanu. Obecnie udało im się opracować technologię, pozwalającą na domieszkowanie na poziomie 1019 i już zaobserwowano emisję światła laserowego. Drugim sposobem na zmuszenie elektronów germanu do przyjęcia wyższego stanu energetycznego jest zmniejszenie różnicy pomiędzy stanem wyższym a niższym, co zwiększa prawdopodobieństwo, iż elektrony znajdą się w wyższym stanie. Aby tego dokonać, uczeni rozciągnęli german umieszczając go w podwyższonej temperaturze na krzemie. Po schłodzeniu krzem nie skurczył się, a stygnące atomy germanu, próbując dopasować się do atomów krzemu, nieco zwiększyły odległości pomiędzy sobą. Odpowiednio manipulując kątem i odległościami wiązań atomowych, uczeni byli w stanie zmienić wartości poziomów energetycznych. Przy okazji, jak pochwalił się Kimerling, jego zespół wynalazł technikę umieszczania germanu na krzemie i kontrolowania całego procesu.

Zakończył się proces integracji firm Globalfoundries i Chartered Semiconductor Manufacturing. Utworzyły one przedsiębiorstwo, które będzie działało pod marką Globalfoundries. Nowa firma zatrudnia około 10 000 osób. Jej główna siedziba mieści się w Dolinie Krzemowej, a fabryki znajdują się w Singapurze i Dreźnie. W Azji istnieje pięć fabryk wykorzystujących 200-milimetrowe plastry i jedna pracująca na plastrach 300-milimetrowych. Zakład w Dreźnie należy do najnowocześniejszych na świecie i korzysta z 300-milimetrowych plastrów. Nowa fabryka powstaje też w hrabstwie Saratoga w stanie Nowy Jork. W związku z połączeniem fabryki zmieniły nazwy i obecnie zakład w Dreźnie znany jest jako Fab 1, fabryki w Singapurze to Fab 2 do Fab 7, a nowojorska, która ma rozpocząć produkcję w 2012 roku to Fab 8. Do roku 2014 Globalfoundries ma zamiar produkować 1,6 miliona 300-milimetrowych plastrów krzemowych i 2,2 miliona plastrów 200-milimetrowych. W sumie wielkość produkcji będzie odpowiadała 5,8 miliona 200-milimetrowych plastrów. Ponadto przedsiębiorstwo ma też ośrodki badawczo-rozwojowe, centra projektowe i wsparcia klienta w USA, Singapurze, Chinach, Japonii, Niemczech, Wielkiej Brytanii i na Tajwanie. W roku 2009 łączne obroty Globalfoundries i Chartered wyniosły 2 miliardy dolarów. Nowa firma ma ponad 150 klientów, wśród nich AMD, Qualcomm, STMicro czy IBM-a. Obecnie nowa Globalfoundries pracuje z technologiami 40 i 45 nanometrów, a w przyszłości przejdzie na 32-nanometrowy proces produkcyjny z metalową bramką i materiałami o wysokiej stałej dielektrycznej.

Uczeni z niemieckiego uniwersytetu w Regensburgu poinformowali o przeprowadzeniu przełomowego eksperymentu na drodze do wykorzystania spintroniki w komputerach. Udało im się w temperaturze pokojowej wprowadzić elektrony do krzemu i ustawić spin większości z nich w tym samym kierunku. Spin elektronów jest łatwo ustawić w magnetykach. Jednak w półprzewodnikach stanowi to poważne wyzwanie. By tego dokonać należy odpowiednio ustawić spin elektronów w materialne magnetycznym, a następnie przetransportować elektrony do półprzewodnika uważając, by zachować spin. Dotychczas udawało się to tylko w niezwykle niskich temperaturach albo też przy wykorzystaniu drogich materiałów, takich jak arsenek galu. Tymczasem Jaroslav Fabian i jego koledzy przetransportowali elektrony do krzemu w temperaturze pokojowej. Prace zaczęli od stopu niklu i żelaza, używanego np. do budowy głowic w dyskach twardych. To był ich materiał magnetyczny. Ułożyli go na krzemie, a pomiędzy oboma materiałami umieścili jednonanometrową warstwę tlenku aluminium. Działa on jak izolator, jednak po przyłożeniu doń napięcia część elektronów została przetransportowana do krzemu. Tlenek aluminium ma tę właściwość, że tunelowanie przez ten materiał jest łatwiejsze dla elektronów o określonym spinie, a więc większość z tych, które trafiły do krzemu, miały ten sam spin. Eksperyment jest przełomowy, gdyż pokazuje prostą i skuteczną technikę transportowania w temperaturze pokojowej elektronów o tym samym spinie z magnetyka do półprzewodnika. Jego przeprowadzenie nie oznacza jednak, że wkrótce rozpocznie się epoka spintronicznych komputerów. Do rozwiązania pozostały bowiem bardzo poważne problemy. Naukowcy muszą się nauczyć przede wszystkim, w jaki sposób zmieniać spin elektronów, które już znalazły się w półprzewodniku.

Im mniejsze i bardziej wydajne stają się urządzenia elektroniczne, tym ważniejszą rolę mają do odegrania baterie. Prace nad stworzeniem wydajnego, lekkiego i taniego źródła zasilana prowadzone są w wielu ośrodkach naukowych. Na University of Missouri udoskonalono właśnie niewielkie wydajne baterie atomowe. Jak informuje Jae Kwon, gęstość energetyczna baterii radioizotopowych może o sześć rzędów wielkości przekraczać gęstość baterii chemicznych. Kwon i jego zespół pracują nad nuklearną baterią na tyle małą, by mogła napędzać systemy M/NEMS (mikro/nanoelektromechaniczne). Ludzie, gdy słyszą słowo 'atomowy', myślą o czymś bardzo niebezpiecznym. Jednak źródła energii atomowej bezpiecznie zasilają wiele urządzeń, takich jak rozruszniki serca, satelity czy systemy podwodne - mówi Kwon. Naukowiec wraz ze swoim zespołem stworzył baterię z płynnym półprzewodnikiem. Poważnym problemem w bateriach atomowych jest fakt, że część energii promieniowania może uszkodzić siatkę krystaliczną stałego półprzewodnika. Użyliśmy więc płynnego półprzewodnika, by zminimalizować te uszkodzenia - informuje Kwon. Obecnie atomowe baterie są niewiele większe od monety jednocentowej. Kwon uważa, że baterie atomowe mogą być cieńsze od ludzkiego włosa i dostarczać wielokrotnie więcej energii niż ich chemiczne odpowiedniki.

Uczonym z Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) udało się, po raz pierwszy w historii, zmusić german do wykazania właściwości nadprzewodnika. Większość substancji chemicznych staje się nadprzewodnikami w bardzo niskich temperaturach lub pod bardzo wysokim ciśnieniem. Dotychczas jednak najczęściej używane w elektronice materiały - miedź, srebro, złoto czy german - nie wykazywały właściwości nadprzewodzących. Dlatego też badania niemieckich uczonych są tak istotne. Pozwolą bowiem zrozumieć, w jaki sposób z półprzewodnika można uczynić nadprzewodnik. Czyste półprzewodniki, takie jak krzem czy german, w niskich temperaturach niemal nie przewodzą prądu. Czynią to dopiero po wzbogaceniu atomami innych pierwiastków. Jednak by uzyskać nadprzewodnik z półprzewodnika konieczne jest wzbogacenie go olbrzymią liczbą obcych atomów, często większą, niż półprzewodnik jest w stanie przyjąć. Specjaliści z FZD wzbogacili german niemal sześcioma procentami galu. Na każde sto atomów germanu przypadało zatem prawie sześć galu. Udowodnili następnie, że warstwa germanu o grubości zaledwie 60 nanometrów może stać się nadprzewodnikiem. Jednak sam proces wzbogacania nie był łatwy. Jako że wprowadzanie obcych jonów mocno niszczyło powłokę germanu, należało ją następnie naprawić. W tym celu na FZD skonstruowano specjalną lampę, która na kilka milisekund mocno ogrzewała uszkodzone fragmenty kryształu, prowadząc do naprawienia się uszkodzeń. Wzbogacony german wykazywał właściwości nadprzewodzące w temperaturze 0,5 Kelvina. Uczeni twierdzą, że zmieniając różne parametry podczas wprowadzania jonów i wyżarzania lampą, będą w stanie podnieść tę temperaturę. Prace nad germanem dopiero się zaczynają. Co prawda był on tym materiałem, z którego budowano pierwsze tranzystory, jednak szybko został porzucony na rzecz krzemu. Obecnie wraz z postępem miniaturyzacji zbliżamy się do granicy, poza którą krzem, ze względu na swoje fizyczne właściwości, będzie ograniczał rozwój elektroniki. Stąd renesans germanu, który pozwoli na budowanie szybszych układów scalonych. Stąd też badania nad nadprzewodnictwem germanu. Niemcy nie są pierwszymi, którzy próbują stworzyć nadprzewodzące półprzewodniki. Przed dwoma laty naukowcy z Francji wzbogacili krzem borem uzyskując w ten sposób nadprzewodnik.

Bezprzewodowa stymulacja różnych obszarów mózgu bądź uszkodzonych nerwów to marzenie każdego neurologa. Wygląda na to, że się ziściło, ponieważ dwaj badacze z Case Western Reserve University opracowali miniaturowe ogniwa fotoelektryczne z nanocząsteczek półprzewodnika. Pobudzają one neurony po wcześniejszym aktywowaniu za pomocą podczerwieni bądź światła widzialnego. Ben Strowbridge i Clemens Burda wszczepili nanocząsteczki bezpośrednio do tkanki mózgu (nie należała ona do człowieka). Dzięki temu udało im się pobudzić neurony. W przyszłości panowie zamierzają aktywować w tym samym czasie rozproszone grupy komórek nerwowych. Gdyby się to udało, można by w nowy sposób odtwarzać typowe dla zdrowego mózgu złożone wzorce aktywności. W odróżnieniu od głębokiej stymulacji mózgu (ang. deep brain stimulation, DBS), metoda akademików z Case Western Reserve University nie wymaga implantowania metalowych elektrod. To ważne, ponieważ im bardziej DBS zbliża się do odtworzenia naturalnych wzorców aktywności, tym bardziej inwazyjna się staje. Poza tym, jak wyjaśnia Burda, elektrody mogą fizycznie zniszczyć neurony. Równie groźne bywają reakcje chemiczne z ich materiałem "budulcowym". Do tej pory Amerykanie eksperymentowali z przekrojami (skrawkami) mózgu. W kolejnym etapie chcą wypróbować przydatność technologii w stymulowaniu dłuższych szlaków nerwowych w nietkniętym mózgu.

Naukowcy z firmy DuPont i Cornell University opracowali prostą metodę przetwarzania węglowych nanorurek tak, by nadawały się do produkcji podzespołów elektronicznych. Nanorurki to nic innego jak pozwijany grafit. W zależności od sposobu zwinięcia mogą mieć one właściwości metali lub półprzewodników. Zwykle podczas produkcji uzyskuje się 33% nanorurek o właściwościach metalicznych i 66% - o właściwościach półprzewodników. Taka mikstura nie nadaje się np. do stworzenia podzespołów elektronicznych, gdyż urządzeń tych nie można by wyłączyć. Metaliczne nanorurki zawsze będą przewodziły prąd. Dotychczas uczeni radzili sobie z tym problemem na różne sposoby. Oddziela się nanorurki na podstawie ich chiralności, jednak jest to metoda, którą można stosować tylko w laboratorium. Nie da się jej skalować i użyć w przemyśle. Można umieścić nanorurki na specjalnym podłożu i przyłożyć do niego wysokie napięcie, doprowadzając do spalenia nanorurek metalicznych. Ten sposób jest również trudno skalowalny. Inna metoda polega na potraktowaniu nanorurek środkami chemicznymi, które rozpuszczają te o właściwościach metalicznych. Naukowcy z DuPonta i Cornell wpadli na inny, znakomity pomysł. Okazało się, że jeśli potraktujemy nanorurki tetrafluoroetylenem, to te o właściwościach metalicznych zyskają własności półprzewodników. Fizyk Graciela Blanchet z DuPonta przyznaje, że ona i jej koledzy mieli sporo szczęścia. Inne grupy naukowców również próbowały zmieniać właściwości nanorurek za pomocą środków chemicznych. Udało się to dopiero teraz. Pani Blanchet i jej koledzy poszli jednak o krok dalej. Rozpuścili swoje nanorurki w dwuchlorobenzenie, uzyskując w ten sposób półprzewodnikowy nanorurkowy "atrament", który posłużył do wydrukowania tranzystorów.

Specjaliści z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) jako pierwsi na świecie udowodnili, że specjalnie skonstruowane urządzenie z półprzewodników wykazuje właściwości magnetyczne. Ich prace dają nadzieję na powstanie jeszcze mniejszych i bardziej wydajnych urządzeń elektronicznych, które będą zdolne do przechowywania danych w materiale półprzewodnikowym. Specjalne układy scalone nie tylko przetwarzałyby dane, ale miałyby też do nich bezpośredni dostęp, gdyż same by je przechowywały. Obecnie szeroko wykorzystuje się magnetyzm do przechowywania danych. Zjawisko takie spotkamy zarówno w dyskach twardych jak i w niszowych pamięciach MRAM. Jednak wszystkie tego typu urządzenia bazują na metalach, a przechowane przez siebie informacje muszą najpierw przesłać do półprzewodnikowego układu, który je przetworzy. Naukowcy z NIST, Korea University i University of Notre Dame potwierdzili, że w półprzewodnikach zachodzi sprzężenie antyferromagnetyczne - w cienkich warstwach półprzewodnika pole magnetyczne jednej warstwy spontanicznie przybiera kierunek przeciwny do kierunku pola warstwy sąsiedniej. Najczęściej badanym magnetycznym półprzewodnikiem jest arsenek galu, w którym niektóre atomy galu zastąpiono atomami manganu (GaMnAs). Teoretycznie przypuszczano, że jeśli taki materiał przedzielimy cienkim materiałem o niemagnetycznych właściwościach, odpowiedniej grubości i odpowiednich właściwościach elektrycznych, dojdzie do wspomnianego sprzężenia. Jeśli zaś tak się stanie, to można będzie dowolnie przełączać pola magnetycznego jednej z warstw, tworząc spintroniczny układ logiczny, który będzie reagował nie tylko na zmiany pola elektrycznego, ale również i magnetycznego. Teraz naukowcy pracujący w Centrum Badań Neutronowych NIST wykorzystali spolaryzowaną reflektometrię neutronową za pomocą której badali wielowarstwowe urządzenie półprzewodnikowe. Neutrony penetrują wszystkie warstwy i dostarczają informacji na temat właściwości magnetycznych każdej z nich. Badania wykazały istnienie sprzężenia antyferromagnetycznego. Zjawisko to zachodzi co prawda w temperaturze -243 stopni Celsjusza, jednak sam fakt, że istnieje, pozwoli na jego badanie, umożliwi zrozumienie magnetyzmu w półprzewodnikach i może umożliwić skonstruowanie półprzewodnika wykazującego właściwości magnetyczne w temperaturze pokojowej.

Profesor Harry Dorn z Virginia Tech to światowej sławy specjalista zajmujący się badaniami nad fullerenami. Właśnie odkrył nową dziedzinę chemii tych związków, dzięki której być może zostaną użyte do obliczeń kwantowych i znajdą zastosowanie jako półprzewodniki. Już w 1999 roku Dorn pokazał, w jaki sposób do składającej się z 80 atomów węgla fullerenowej "klatki" można wprowadzić atomy i jak zmieniać ich liczbę. Badania Dorna przyczyniły się do powstania doskonalszych materiałów do rezonansu magnetycznego i medycyny nuklearnej. Ostatnimi czasy Dorn próbował umieścić w fullerenie atomy gadolinu. W tym celu najpierw do fullerenu składającego się z 80 atomów węgla wprowadził dwa jony itru. Później jeden z atomów węgla "klatki" zastąpił atomem azotu. Wówczas jeden z elektronów azotu pozostał wolny. Dorn odkrył, że elektron ten, zamiast pozostać na powierzchni "klatki", przemieścił się do wnętrza, pomiędzy jony itru. Uzyskaliśmy w ten sposób bardzo niezwykłe uwięzienie elektronu pomiędzy dwoma atomami itru - mówi Dorn. Zjawisko to zostało potwierdzone obliczeniami profesora chemii Daniela Crawforda oraz badaniami krystalograficznymi przeprowadzonymi na Uniwersytecie Kalifornijskim przez profesora Alana Balcha. W ciągu ostatnich kilku dni Dorn przekonał się, że wspomniany elektron można usunąć z klatki. Możliwość manipulacji nim może być bardzo ważna dla rozwoju spintroniki czy obliczeń kwantowych. Połączenie dwóch atomów itru z jednym elektronem wykazuje unikatowe właściwości spinu, które można zmieniać. Poprzez zwiększenie polaryzacji spinu możemy zwiększyć czułość MRI oraz NMR. Dorn widzi jednak również znacznie ciekawsze zastosowanie dla swoich badań. Jeśli podmienimy jeden atom węgla nie azotem a borem, będziemy mieli o jeden elektron za mało. Uzyskamy w ten sposób materiał do stworzenia półprzewodnika - mówi profesor.

Węglowe nanorurki - podstawowy element wielu zaawansowanych badań związanych z nanotechnologiami - mogą zyskać konkurenta. Kolejnym materiałem, który ma szansę stać się budulcem technologii przyszłości, okazały się nanorurki wykonane z boru. Jak wynika z symulacji przeprowadzonych przez badaczy z Tsinghua University w Pekinie, pewne właściwości elektryczne nowego materiału mogą być lepsze niż w wypadku węgla. Osiągnięcie naukowców przede wszystkim polega na znalezieniu odpowiedniej struktury atomowej nanorurek z boru. Zapożyczona z węgla sześciokątna siatka okazała się niestabilna, więc problem rozwiązano przez umieszczenie dodatkowych atomów boru w środku niektórych sześciokątów. Jak obliczono, układ taki powinien oferować dość ciekawe właściwości: szersze nanorurki mogą pełnić rolę przewodników, węższe natomiast - półprzewodników, z których można budować elementy nanoelektroniczne. W wypadku wersji przewodzącej, nanorurki borowe powinny być lepszymi przewodnikami niż te wykonane z węgla, spodziewana jest też wyższa temperatura występowania efektu nadprzewodnictwa. Chińscy badacze proponują, aby nowy materiał wykonać za pomocą metody chemicznego osadzania fazy gazowej (CVD - Chemical Vapour Deposition). Choć jest to ta sama technika co w wypadku węgla, jeszcze nie została ona dopasowana do wymagań boru, zatem żadne z opisanych właściwości do tej pory nie zostały potwierdzone doświadczalnie.

Hybrydowy półprzewodnik może posłużyć w przyszłości do stworzenia układów scalonych wyjątkowo odpornych na wysokie temperatury. Badacze z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (National Renewable Energy Laboratory – NREL) i Argonne National Laboratory przedstawili wyniki swoich badań nad półprzewodnikiem, który nie rozszerza się pod wpływem ciepła (zero thermal expansion – ZTE). Materiały ZTE były dotychczas stosowane w optyce, silnikach i urządzeniach kuchennych. Z kolei w optoelektronice i elektronice są one bardzo rzadko stosowane. Najczęściej wykorzystywane są różne rodzaje szkła, które nie nadają się do zastosowania w elektronice. Amerykańscy badacze zainteresowali się natomiast półprzewodnikiem, składającym się z naprzemiennych warstw organicznych i nieorganicznych. Ma on dobre właściwości elektroniczne i optyczne, a wstępne badania pokazują, że może on znaleźć zastosowanie tam, gdzie panują wysokie temperatury. Zahirul Islam, fizyk z Argonne National Laboratory, mówi: To połączenie materiałów organicznych i nieorganicznych, które tworzą spójny, uporządkowany kryształ. Zwykle materiały organiczne i nieorganiczne nie współpracują zbyt dobrze, ale ten tutaj wykazuje ciekawe właściwości. W nowym półprzewodniku naprzemienne warstwy oddziałują na siebie. Gdy pod wpływem wysokiej temperatury jedna z warstw usiłuje się rozszerzać, inne temu zapobiegają. Naukowcy zaznaczają, że przeprowadzili dopiero wstępne badania, którymi objęto tylko jeden z kierunków rozszerzania się i badano zaledwie dwa materiały. Ich prace dają jednak nadzieję na skonstruowanie odpornej na temperatury hybrydy, z której będzie można tworzyć półprzewodnikowe lasery, wyjątkowo cienkie i elastyczne baterie słoneczne oraz urządzenia służące do emitowania i wykrywania światła.

Chemicy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Dan Diego zaprezentowali urządzenie, które wykorzystuje energię słoneczną do zamiany gazu cieplarnianego w użyteczny produkt. Profesor Clifford Kubiak, specjalizujący się w chemii i biochemii, oraz jego student, Aaron Sathrum, stworzyli prototypowe urządzenie, które zamienia energię słoneczną w energię elektryczną i rozbija dwutlenek węgla na tlenek węgla i tlen. Prototyp wciąż potrzebuje zewnętrznego źródła zasilania, ale docelowo ma sam produkować potrzebną energię. Urządzenie Kubiaka i Sathruma zbudowane jest z półprzewodnika i dwóch warstw katalizatorów. Najpierw fotony z energii słonecznej przechwytywane są przez półprzewodnik, następnie produkowana jest energia elektryczna, a na końcu jest ona dostarczana do katalizatorów, produkujących tlen i tlenek węgla. Ten drugi gaz jest szkodliwy dla człowieka, ale jest też szeroko wykorzystywany w przemyśle chemicznym. Obecnie pozyskuje go się z naturalnych gazów. Urządzenie amerykańskich naukowców samodzielnie produkuje energię z odnawialnych źródeł, redukuje ilość gazu cieplarnianego (dwutlenku węgla) w atmosferze i dostarcza gazu potrzebnego w przemyśle chemicznym. Do zbudowania urządzenie potrzebny był specjalny katalizator. Laboratorium Kubiaka stworzyło dużą molekułę, której podstawę stanowią trzy atomy aluminium. Konieczne było też znalezienie odpowiedniego półprzewodnika. Początkowo testowano krzem, gdyż jest on dobrze poznany. Okazało się jednak, że nie spełnia on swoich zadań wystarczająco dobrze. Użyto więc fosforku galu, który dostarczył dwukrotnie więcej energii niż krzem. Sathurm i Kubiak pracują nad ulepszeniem swojego urządzenia.

Z najnowszych danych dostarczonych przez PricewaterhouseCoopers wynika, że chińska produkcja urządzeń elektronicznych była odpowiedzialna za 90% światowego wzrostu zapotrzebowania na półprzewodniki. Po raz pierwszy w historii chiński rynek był większy od rynku japońskiego, amerykańskiego czy europejskiego. Specjaliści oceniają, że do roku 2010 do Chin będzie należało 33% rynku półprzrewodników. Chiny zyskują na znaczeniu jako coraz ważniejszy wytwórca elektroniki konsumenckiej. W Państwie Środka szybko rośnie zapotrzebowanie na układy scalone. Jeszcze w roku 2004 producenci sprzętu zakupili 20% wszystkich kości, które trafiły do Chin. Rok później kupili już 26% wszystkich układów. Coraz więcej układów scalonych powstaje też w samych Chinach. Mimo to tylko niewielka ich część produkowana jest przez chińskie firmy. Na liście 70 największych producentów, którzy dostarczyli półprzewodniki do Państwa Środka nie ma ani jednej chińskiej firmy. Chińskie przedsiębiorstwa nie są obecnie w stanie konkurować z zagranicznymi firmami. Wystarczy wspomnieć, że każdy z 10 największych dostawców półprzewodników sprzedał w 2005 roku w samych tylko Chinach swoje układy o wartości ponad miliarda dolarów. W tym samym czasie największy chiński producent układów scalonych osiągnął obrony mniejsze niż 200 milionów USD.