ТРАНЗИСТОР НА ОДНОМ ЭЛЕКТРОНЕ,

или Этапы большого пути к бесконечно малым

В этом году исполняется 50 лет со дня создания первого транзистора. Изобрели его Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн, работавшие в лабораториях Белла в нью-джерсийском городке Мюррей-Хилл. В 1956 г. все трое были награждены за это Нобелевской премией по физике.

Никто вначале не подозревал, какую революцию произведет в науке и технике транзистор. Изобретатели создавали его для замены вакуумной электронной лампы в радиоприемнике. И не случайно новое поколение приемников назвали транзисторными. Но тогда же, в 50-х, транзисторами стали начинять второе поколение компьютеров; затем они нашли применение в телевизорах, ракетах и спутниках, в фотоаппаратах и, наконец, в сотовых телефонах.

Первый транзистор, представлявший собой сэндвич из полупроводников, работал как вакуумная лампа, усиливающая ток. В отличие от лампы он не нагревался, не светился, редко выходил из строя и стоил дешево. Проблема надежности, которую так пылко обсуждали в те времена, была в принципе решена. И проблема миниатюризации тоже: казалось, транзисторы можно уменьшать до бесконечности. И еще одно преимущество было у транзистора перед лампой: маленькое базовое напряжение, запускавшее усиленный ток между внешними слоями сэндвича, не испытывало никаких колебаний. Иначе говоря, транзистор мог действовать как включатель и выключатель (как «1» и «0», выражаясь математически) и, таким образом, идеально подходил для логических компьютерных схем, работающих в двоичном коде. Путь к компактным быстродействующим процессорам был открыт.

Следующий этап наступил в конце 50-х, когда Джек Килби и Роберт Нойс начали гравировать на кремниевых подложках (чипах) целые транзисторные схемы. К 1965 г. интегральная технология приобрела массовый характер, и Гордон Мур, известный американский изобретатель и ученый, сформулировал свой знаменитый закон. Количество транзисторов, которое удастся разместить на одной подложке, будет удваиваться каждые полтора года, гласил этот закон. Закон Мура выполнялся неукоснительно 30 с лишним лет.

Непрерывное уменьшение размеров транзистора - вот на что опирался Мур, формулируя свой закон. Размеры в микромире измеряют в нанометрах (нм) - миллиардных долях метра. Толщина человеческого волоса - 100 тыс. нм. В 1970-м размеры основных частей транзистора достигли 12 тыс. нм, в 1980-м - 3500, в 1990-м - 800 и сегодня - 300 нм. На чипе центрального процессора в персональном компьютере умещается сегодня 5,5 млн. транзисторов. По замыслам фирмы Intel, через 15 лет их число дойдет до миллиарда. Если же электронщикам удастся превратить лабораторный вариант самого маленького транзистора в промышленный, на чипе размером с ноготь уместится триллион транзисторов, и персональный суперкомпьютер станет карманным.

Самый маленький транзистор 1996 г., созданный фирмой IBM, представляет собой кремниевую «структуру» размером в 30 нм, в которой движется взад и вперед один-единственный электрон. Его движение, как ни странно это звучит, - основа транзисторной памяти. На очереди - создание процессора. Это посложнее, чем память, так как в процессоре должна работать группа электронов, а они, будучи заряжены одинаково, норовят оттолкнуться друг от друга, и управлять ими поэтому труднее.

Однако в IBM считают, что такой процессор к началу XXI века будет создан.

Последнее сообщение из февральского номера журнала «Science»: в Стэнфордском университете размеры транзистора с одиночным электроном доведены до 7 нм. Недалеко и до атома!

«Мы идем по пути бесконечно малых», - говорит один из создателей этой крошки Стефен Чу. Но ведь нет ничего во Вселенной, что было бы меньше электрона - и работало. Нейтрино меньше электрона, но у него нет заряда и толку от него никакого. Будет ли закон Мура действовать и дальше? Или дальше начнется действие только законов физики и природы, преступить которые невозможно?