POLITYKA

Wtorek, 25 kwietnia 2017

Polityka - nr 35 (2720) z dnia 2009-08-29; s. 66-67

Nauka

Edwin Bendyk

Telewizor w chusteczce

Rozmowa z prof. Jerzym Rużyłłą o granicach miniaturyzacji i nowych materiałach w elektronice

Edwin Bendyk: – Prezydent Barack Obama radykalnie zwiększył finansowanie badań naukowych w USA. Czy doprowadzi to do naukowo-technicznej rewolucji, o jakiej mówi Steven Chu, nowy szef Departamentu Energii i laureat Nagrody Nobla z fizyki?

Prof. Jerzy Rużyłło: – Rzeczywiście, wszystko wskazuje na to, że pieniędzy będzie więcej. Uczeni spieszą się z nowymi pomysłami, bo widzą, że dziś mają one znacznie większą szansę na sfinansowanie niż rok temu. Ja także biorę się za pisanie kolejnych propozycji. Nie wiem natomiast, na czym miałaby polegać rewolucja, bo nauka i technika nie rozwijają się metodą rewolucyjnych skoków. Ich istotą jest żmudna praca nad doskonaleniem kolejnych pomysłów i wdrażaniem ich w życie. Elektronika i fotonika półprzewodników, dziedzina, którą reprezentuję, doskonale ilustruje tę prawdę.

Trudno mi się zgodzić z tą opinią, bo coraz częściej słyszę, że przyszłość należy do komputerów chemicznych, w których funkcję układów logicznych pełnią pojedyncze cząsteczki. Coraz więcej pisze się o komputerach kwantowych, biologicznych...

O komputerach chemicznych mówiono już wiele lat temu i wciąż jest to wizja odległa. Chętnie spisałbym wszystkie te rewolucyjne zapowiedzi, by sprawdzić, co się wydarzyło naprawdę, a co było jedynie naukowym marketingiem uprawianym, by zdobyć pieniądze na badania. Tymczasem w elektronice nadal króluje krzem. To on modyfikowany i uzupełniany innymi materiałami ciągle pozwala na obchodzenie barier fizycznych, które miały teoretycznie uniemożliwić postęp w rozwoju układów mikroelektronicznych.

Co to za bariery?

W walkach o nowe generacje mikroprocesorów i pamięci głównie chodzi o to, aby skrócić czas potrzebny elektronom do pokonania określonych dystansów w tranzystorach tworzących układy mikroprocesorowe i pamięciowe. Najbardziej oczywistym rozwiązaniem jest skrócenie tych dystansów przez miniaturyzację. Wymaga to ciągłego doskonalenia metod fotolitografii, czyli sposobów kształtowania coraz mniejszych elementów układów scalonych. I choć fotolitografię skazano na rychłą śmierć już 30 lat temu, to jednak, ciągle ulepszana, pozostaje ona lokomotywą postępu elektroniki, a więc i całej współczesnej cywilizacji technicznej. Moim zdaniem, nic się nie zmieni w ciągu najbliższych lat i za pomocą obecnie rozwijanych technologii zejdziemy do geometrii układów scalonych rzędu 10 nanometrów, co kiedyś wydawało się zupełnie nieosiągalne.

Ale przecież miniaturyzacja nie może trwać w nieskończoność.

Dlatego jednocześnie z miniaturyzacją rozwijamy inne metody pokonywania lub omijania barier fizycznych. Na przykład przez przyspieszanie elektronów zamiast skracania pokonywanych przez nie dystansów w tranzystorze. Osiąga się to modyfikując strukturę krystaliczną krzemu, a na dłuższą metę integrując krzem z materiałami, w których z natury rzeczy elektrony poruszają się szybciej niż w krzemie. Jednocześnie cały czas wprowadza się zmiany w konstrukcji samych tranzystorów.

Nawet jednak proste pozornie i oczywiste zmiany zajmują wiele lat. Dlaczego? Po pierwsze, ze względu na trudności techniczne, a po drugie dlatego, że przemysł elektroniczny jest bardzo konserwatywny i decyduje się na wprowadzanie zmian w stosowanych materiałach, geometriach układów i metodach produkcji dopiero wówczas, gdy zyska przekonanie, że bez zastosowania nowych technologii dalszy postęp nie będzie możliwy. W grę wchodzą miliardy dolarów, mikroelektronika to dziś jeden z najbardziej intensywnych kapitałowo przemysłów.

Niechętnie mówi pan o rewolucji, a jednak wiadomo, że pewne kierunki badań są bardziej gorące, a inne mniej.

W tej chwili dużym zainteresowaniem cieszą się badania związane z energią. Portfele sponsorów otwierają się także na pomysły, w których często pojawia się przedrostek bio, natomiast z nieco większym chłodem podchodzi się do wyeksploatowanego już przedrostka nano. Co to oznacza w praktyce? Ja wciąż wprawdzie zajmuję się elektroniką opartą na krzemie, ale znaczną część swojego wysiłku badawczego przestawiłem na prace nad technologiami wyświetlaczy, jak i elementami półprzewodnikowymi mającymi zastąpić tradycyjne, bardzo energochłonne źródła oświetlenia. Wyświetlacze, czyli ekrany komputerów, telewizorów, komórek – to najbardziej efektywny sposób komunikacji człowieka ze światem cyfrowym. Nie zmieni się to, dopóki nie opanujemy metod bezpośredniego, choć za pośrednictwem odpowiednich sensorów oczywiście, sprzężenia mózgu z elektronicznymi układami cyfrowymi. To nie science fiction, bo już dziś piloci amerykańskich samolotów bojowych sterują wieloma funkcjami swoich maszyn bezpośrednio za pomocą myśli. My jednak długo jeszcze będziemy posługiwać się wyświetlaczami, a ponieważ to one zużywają najwięcej energii w przenośnych urządzeniach elektronicznych, konieczność ich ulepszania jest wciąż pilna.

Wiele mówi się o wyświetlaczach elastycznych, podobnych w użytkowaniu do zwykłego papieru, jednak ze wszystkimi zaletami ekranu ...

[pełna treść dostępna dla abonentów Polityki Cyfrowej]

Jerzy Rużyłło absolwent Politechniki Warszawskiej, od 1984 r. profesor Penn Staten University w USA. Prowadzi blog www.semiconductorglossary.com/blog