211service.com
IBMs „Noise Free“ Nano Lab
Diese Woche gab IBM Pläne zum Bau der weltweit größten rauschfreien Nanoelektronik-Fertigungsanlagen in der Schweiz bekannt. Durch die Abschirmung von Geräten vor externem elektromagnetischen, thermischen und seismischen Rauschen sollen die neuen Einrichtungen dazu beitragen, die Forschung in einer Vielzahl von Bereichen voranzubringen, wie etwa der Spintronik, kohlenstoffbasierten Geräten und der Nanophotonik, sagt IBM.
Blockieren Sie das Rauschen: Das Rendering eines Künstlers (oben) zeigt das Design der neuen Nanotech-Forschungseinrichtungen von IBM in Zürich, Schweiz, die die weltweit größten geräuschfreien Labors umfassen werden. Die Prüfstände in jedem Labor (unten) ruhen auf seismischen Blöcken, die auf pneumatischen Federn montiert sind. Die Doppelböden der Labore eliminieren Vibrationen, auch solche, die durch Personen verursacht werden, die den Raum betreten.
Da sich die Elektronikforschung in immer kleinere Maßstäbe verlagert, wird eine stabile Laborumgebung immer wichtiger, sagt Matthias Kaiserswerth, Direktor des IBM Forschungslabor Zürich . Wenn Sie versuchen, einen neuen Transistor zu entwickeln, indem Sie einzelne Elektronen manipulieren, die sich durch eine Kohlenstoff-Nanoröhrchen bewegen, kann jede Störung – ein vorbeifahrender Lastwagen oder ein in der Nähe befindlicher Staubsauger – Ihr Experiment stören und zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen führen.
Was wir versuchen, ist etwas, das wirklich rauschfrei ist und all diese Einflüsse abschirmt, sagt Kaiserswerth. Irgendwann, so Kaiserswerth, werden solche Anlagen für die Nanoelektronik das, was Reinräume für die konventionelle Siliziumelektronik sind.
Henry Smith , Co-Direktor des Nanostructures Laboratory des MIT, ist sich da nicht so sicher. Es gebe keine sicheren Beweise dafür, dass solche Einrichtungen erforderlich seien, sagt er. Aktive Schwingungsisolierung ist eine bessere Lösung und zu viel geringeren Kosten.
Aber Xiang Zhang , Direktor des Nano-Scale Science and Engineering Center an der University of California, Berkeley, sagt, dass gerade IBMs Risikobereitschaft mit seiner neuen Anlage für Aufregung in der Nanotech-Community sorgen werde. Das sei ein gutes Zeichen, sagt er.
Die neuen Labore sind Teil einer 90 Millionen US-Dollar teuren, 65.000 Quadratmeter großen Anlage, die von IBM in Zusammenarbeit mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule ebenfalls in Zürich gebaut wird. Ein Drittel der 90 Millionen US-Dollar wird für den Bau von 10.000 Quadratmetern Reinraumanlagen und 2.000 Quadratmetern lärmfreien Labors verwendet. Obwohl Nanotech-Labors anderswo auf verschiedene Weise abgeschirmt seien, so Kaiserswerth, seien diese 200 Quadratmeter einzigartig. Diese geräuschfreien Labore werden uns einen Wettbewerbsvorteil verschaffen, damit wir schneller vorankommen können.
IBM mache Computerchips, sagt Kaiserswerth. Aber wir haben uns in den letzten Jahren schwer getan, das Mooresche Gesetz in Bezug auf die Verdoppelung der Anzahl der Transistoren auf einem Chip und die Verdoppelung der Taktrate zu erfüllen. Techniken, die die Industrie traditionell verwendet hat, um die Schaltungsdichte zu erhöhen, stoßen allmählich an die grundlegenden physikalischen Grenzen von Silizium. So viele Unternehmen und Forschungszentren versuchen, neue Wege zu entwickeln, um Informationen zu speichern und Berechnungen durchzuführen.
IBM untersucht beispielsweise den Bau von Transistoren aus Nanodrähten, nutzt winzige magnetische Kräfte, die von Elektronen ausgeübt werden, um Informationen zu speichern, und das Verlangsamen und Biegen von Licht auf eine Weise, die es ermöglicht, Berechnungen mit Photonen statt mit Elektronen durchzuführen.
Aber mit diesen neuen Technologien kommen neue Herausforderungen. Wenn man erst einmal in die atomare Forschung einsteigt, hat man es mit sehr niedrigen Energieniveaus zu tun und benötigt daher sehr empfindliche Instrumente, sagt Kaiserswerth. Und je empfindlicher das Instrument ist, desto besser reagiert es auf Störungen in der Umgebung. Jedes Mal, wenn wir ein neues Gerät kauften, sagt Paul Seidler, Wissenschafts- und Technologiemanager von IBM Zürich, mussten wir lange überlegen, welches Labor am besten geeignet war.
Und da die Nanotechnologie immer kleinere Strukturen herstellt, die eine höhere Präzision erfordern, wird dies für viele Labore zunehmend ein Problem sein, sagt Kaiserswerth. Zhang stimmt zu. Damit müsse sich die Branche auseinandersetzen, sagt er.
Jedes Labor in der neuen Anlage von IBM wird über Prüfstände verfügen, die auf separaten Betonblöcken montiert sind und von pneumatischen Dämpfern elastisch unterstützt werden. Diese wiederum werden auf schwingungsdämpfenden hochmassigen Betonplatten montiert. Dieser Doppelboden eliminiert sogar Vibrationen, die durch Personen verursacht werden, die den Raum betreten.
In ähnlicher Weise werden die Labore effektiv in Käfige eingeschlossen, die wie passive elektromagnetische Abschirmungen wirken, um vor permanenten elektromagnetischen Feldern zu schützen, wie sie von nahegelegenen Eisenbahnen oder anderen Laboren verursacht werden. Eine sensorbasierte aktive Abschirmung kompensiert alle periodischen elektromagnetischen Störungen. Wir können bis zu fünf Nanotesla oder ein 10.000stel des Erdmagnetfeldes abschirmen, sagt Kaiserswerth.
Das ist die nächste Stufe der Präzision, sagt Seidler. In vielerlei Hinsicht ist es ein Hinweis darauf, dass die Nanoelektronik angekommen ist.