Деревянные микросхемы: экологическая чистота вычислений

Исследователи из США и Китая разработали полупроводниковые чипы, практически полностью изготовленные из материалов, которые были получены в результате деревопереработки.

Помимо разложения под действием грибков и бактерий, у новых чипов есть еще одно несомненное преимущество. Они намного дешевле обычных полупроводниковых элементов. Проектированием их занималась группа из 17 исследователей, большая часть которых представляет Висконсинский университет, а остальные – Министерство сельского хозяйства США.

Для изготовления подложки, являющейся частью активного полупроводникового слоя, была выбрана целлюлоза – доступный природный материал, используемый при производстве бумаги. Нанофибриллы, то есть мельчайшие волокна целлюлозы (cellulose nanofibril, CNF), представляют собой гибкое, прозрачное и прочное вещество, обладающее требуемыми электрическими свойствами.

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, указано, что все это обеспечивает CNF преимущество перед схожими природными материалами – бумагой и шелком.

Для того чтобы сделать поверхность более гладкой и предотвратить растяжения при нагревании, исследователи покрывали CNF эпоксидной смолой. Они разработали также методы производства СВЧ-приборов, у которых арсенид галлия размещается на подложке из CNF.

«Чипы из CNF относятся к классу высокопроизводительных электронных компонентов, по своим характеристикам вполне сравнимых с традиционными, широко используемыми современными компонентами», – утверждают разработчики.

Арсенид галлия властями штата Калифорния отнесен к канцерогенам и считается опасным из-за присутствия мышьяка. Его химическое извлечение из отслуживших свой срок устройств обходится слишком дорого, и уменьшение содержания арсенида галлия в электронных устройствах (например, посредством исключения его из подложки) сулит несомненные преимущества.

«В обычном чипе поддерживающая подложка изготавливается из того же материала, что и активный слой, а в микросхемах CNF полупроводниковым материалом является только активный слой, – указал Женькян 'Джек' Ма, профессор факультета электроники и вычислительной техники Висконсинского университета, возглавлявший команду исследователей. – Если коммерческое производство микросхем из дерева удастся наладить, экономия окажется огромной. Мы сократим использование полупроводниковых материалов на 99,9%. Конкретная же цена чипов будет зависеть от области их применения. Разлагаться микросхемы будут под воздействием влаги и грибковых микроорганизмов, существующих в природе. Управляемый процесс такого рода может занять от нескольких дней до нескольких месяцев».