ايده‌هاي كوچك؛ بازار بزرگ (قسمت اول)

          oliver 
            بازدید : 90
          شنبه 28 اسفند 1389
           نظرات (0)
        

هدف فناوري‌هاي مولكولي قرارگرفتن به جاي تراشه‌هاي حافظه امروزي مي‌باشد؛ اما آيا اين فناوري مي‌تواند كارآيي داشته و به حد كافي هم ارزان باشد؟
هنگامي كه شركت تازه‌كار نانترو (Nantero) در اوايل سال 2003، ايدة ساخت تراشه‌هاي حافظه‌اي از جنس نانولوله‌هاي كربني را مطرح كرد و به اين منظور خواهان همكاري با LSI Logic شد، مقامات آن شركت دچار شگفتي شده و با ديدة ترديد به آن نگريستند. اگرچه كشف نانولوله‌هاي كربني كوچك اما بسيار مقاوم، انعطاف‌پذير و رسانا با ابعادي در حد رشته‌هاي DNA، هيجان فراواني در جامعه علمي ايجاد كرده و منشأ تحقيقات زيادي بوده است اما ساخت آن در خط توليد انبوه نيمه‌رسانا امري بي‌سابقه است.

به هر حال LSI خطر همكاري با نانترو را پذيرفت و سرانجام با تلاشي دقيق و طاقت‌فرسا طي مدت بيش ازيك سال، در ماه مي- ارديبهشت- اولين لاية نازك سيليكوني داراي سلول حافظة نانولوله‌كربني ساخته و سريعاً براي تست به آزمايشگاه فرستاده شد. در آنجا مهندسان درحالي كه هنوز نسبت به كارآيي الكتريكي آن ترديد داشتند، با احتياط جريان الكتريكي خروجي از يك ردياب خميده (Curve tracer) را كه براي بررسي سلول‌هاي ريز حافظه به كار مي‌رفت به آن اعمال كردند و در كمال ناباوري مشاهده نمودند كه اغلب اين سلول‌ها به طور صحيح به كار افتادند.
موفقيت اين تراشه‌ها باعث شد تا آنهايي كه قبلاً در مورد عملي‌بودن ساخت و كارآمدي چنين سوئيچ‌هايي ترديد داشتند، كم‌كم آن را باور كنند. البته مدتي طول خواهد كشيد تا ساير بخش‌هاي صنعت تراشه هم آن را بپذيرند. به‌علاوه آنكه فناوري نانترو به آزمايش‌هاي بيشتر و تنظيم‌هاي دقيق‌تر نياز دارد و مهندسان LSI تازه در ابتداي روند آزمايش و بهبود اين محصول مي‌باشند. به گفتة نورم‌آرمور قائم‌ مقام رئيس و مدير عمومي برنامه‌هاي فوق‌العاده LsI Gresham، در اينكه تراشه‌هاي نانولوله‌هاي كربني نانترو بالاخره به توليد انبوه مي‌رسند شكي نيست و هيچ مانعي در اين راه مشاهده نمي‌شود.
براي نانترو كه در نظر دارد اولين تراشه‌هاي حافظه نانولوله‌هاي كربني را طي دو تا سه سال آينده به بازار عرضه كند، اين مطلب خبري خوشايند است و همچنين ده‌ها شركت ديگري كه با انجام فرآيندهاي گوناگون براي بهره‌گيري از ذرات اتمي و مولكولي سعي در توليد مواد و كالاهاي جديد دارند را به ادغام فعاليت‌هاي نيمه‌‌رسانايي خود در فناوري نانو تشويق مي‌كند. اما هنوز بايد منتظر بود و ديد كه آيا نانترو و رقباي ديگر در اين عرصه قادر خواهند بود تا تراشه‌هايي تجاري توليد كنند كه با فناوري‌هاي موجود و يا فناوري‌هاي جايگزين ديگر از لحاظ هزينه برابري كرده و حتي ارزان‌تر باشد و بازار را در اختيار بگيرد.
به نظر تحليل‌گران، محصول توليدي نانترو به احتمال زياد از لحاظ كارآيي مشكلي نخواهد داشت. اما نكتة مهم آن است كه آيا قيمت آن هم در حدي خواهد بود كه قابل عرضه و فروش در بازار باشد؟
حافظة مولكولي
در حال حاضر شركت‌هاي متعددي مشغول توسعة تراشه‌هاي حافظه‌اي براساس نانومواد مي‌باشند.
به عنوان مثال شركت زتاکور (ZettaCore) توانسته است نظر موافق اعضاي هيئت مديره بسياري از شركت‌هاي معروف ازجمله Les Vadasz از سرمايه‌گذاران اينتل را جلب کند. به‌ علاوه توانسته است 20 ميليون دلار از سرمايه‌گذاري‌هاي خطرپذيررا براي طرح استفاده از مولكول‌هاي آلي ريز شبه‌كلروفيلي به جاي خازن‌هاي ذخيره بار در تراشه‌‌هاي حافظه از نوع DRAM و SRAM، جذ ب كند. از شركت‌هاي ديگر مي‌توان Nanosys را نام برد كه هم‌اكنون با همكاري اينتل روي نانوبلورهايي كار مي‌كنند كه كاربرد آن موجب افزايش طول عمر حافظه‌هاي فلش خواهد شد.
Nanomagnetics هم به توسعة نوعي ماده مغناطيسي حافظه مشغول است كه براساس پروتئين فريتين (Ferritin) ساخته شده و احتمالاً در ساخت ديسك‌درايو و تراشه‌هاي حافظه به كار خواهد رفت. شركت الكترونيك مولكولي كاليفرنيا هم در حال ساخت نوعي سوئيچ مولكولي براي استفاده در نمايشگرها و ابزارهاي حافظه مي‌باشد.
از بين تمام اين شركت‌هايي كه ذكر شد به نظر مي‌رسد نانترو و زتاکور بيشتر به بازار نزديك باشند. هردوي اين شركت‌ها در نظر دارند به جاي آنكه خود به توليد تراشه‌هاي ابداعي‌شان بپردازند، امتياز بهره‌برداري از فناوري آن را به ساير توليدكنندگان تراشه بدهند. انتظار مي‌رود توليد تجاري اين محصولات تا سال 2006 به نتيجه برسد. نكته قابل توجه ديگر آن است كه روند فعاليت‌ و كار اين دو شركت از ديد سرمايه‌گذاران خطرپذير و ازجمله جروتسون- از مديران شرکت DFJ (Draper Fisher Jurveston)- كه در هردوي اين شركت‌ها سرمايه‌گذاري نموده است، مثبت ارزيابي مي‌شود.
با اين اوصاف، ديگر جاي تعجب نيست اگر مشاهده كنيم كه بسياري از رقابت‌ها در عرصه تجارت متوجه بازار حافظه باشد. توليد و ساخت حافظه‌ها يكي از بزرگ‌ترين بخش‌هاي صنعتي مي‌باشد اما با مشكلات فني متعددي نيز مواجه است؛ مشكلاتي از قبيل نشت بار از خازن، ساختارهايي با پيچيدگي فزاينده و نيز حساسيت به خطاهاي جزئي ناشي از پرتوهاي كيهاني. وجود چنين مشكلاتي سبب مي‌شود تا سازندگان تراشه نتوانند بيش از اين ابعاد تراشه‌هاي خود را كاهش دهند.
مسائل قابل توجه ديگري كه در اين زمينه وجود دارد، عبارتند از تراشه‌هاي SRAM مربوط به سلول‌هاي بزرگ حافظه، مشكل‌ قراردادن DRAM و حافظه فلش در كنار تراشه‌هاي منطقي و كندي زمان دسترسي به حافظه فلش و پايداري محدود آن مي‌باشد.
به گفته تحليلگران هم‌اكنون 20 فناوري جايگزين به دنبال دستيابي به بازار 48 ميليارد دلاري حافظه مي‌باشند، رقمي كه پيش‌بيني مي‌شود تا سال 2008 به حدود 57 ميليارد دلار برسد. شركت تحقيقات صنعتي NanoMarket در يك پيش‌بيني خوشبينانه اظهار داشته كه فروش حاصل از فناوري‌هاي مختلف مرتبط با نانوحافظه تا سال 2008 به رقم تقريبي 15 ميليارد دلار خواهد رسيد. همين رقم را تحليلگر ديگري با ديدي بيش از حد ملاحظه‌كارانه، 4/2 ميليارد دلار پيش‌بيني كرده است. اما به عقيدة همين شخص همچنان براي هر شركت ديگري كه بخواهد به رفع محدوديت تراشه‌هاي حافظة امروزي بپردازد، زمينة فعاليت وجود دارد اما به شرط آنكه محصول توليد شده از لحاظ هزينه مقرون به صرفه باشد.

بحران احتمالي آينده
گفته مي‌شود استفاده از فناوري نانو مي‌تواند راهي براي پيشگيري از بحران احتمالي در آيندة صنعت نيمه‌رساناها به شمار آيد. به طوري كه با قانون مور، مبني بر انتظار دو برابر شدن چگالي تراشه در هر 18 تا 24 ماه هم مطابقت داشته باشد. و اگر شركت‌هاي نانترو و زتاکور كاري در اين زمينه انجام ندهند صنعت نيمه‌رسانا به ركودي قابل توجه نايل مي‌شود.
بنابه اظهارات استفان لايي، جانشين گروه فناوري و توليد اينتل، صنعت 15 ميليارد دلاري حافظة فلش به محدوديت‌هاي فناوري خود نزديك مي‌شود و احتمالاً توليد آن به نحو چشمگيري كاهش مي‌يابد لذا بايد خود را براي هر پيشامدي در اين مورد آماده نمود، البته نمي‌توان نقش مهمي كه فناوري‌هاي جايگزين در اين‌باره خواهند داشت را ناديده گرفت. وي همچنين عقيده دارد كه شركت اينتل مي‌تواند تراشه‌هايي 45 نانومتري توليد كند كه نصف تراشه‌هاي 90 نانومتري امروزي هستند، اما اينكه آيا مي‌توان از اين هم فراتر رفت يا نه؟ مطلبي است كه چندان روشن نيست.
اينتل به دنبال نسل جديدي از حافظه‌هاي فلش با ابعاد 22 نانومتر مي‌باشد كه بتواند جايگزين تراشه‌هاي امروزي شود اما به عقيدة كارشناسان، اين كار زودتر از سال 2012 به نتيجه نخواهد رسيد. به گفتة استفان‌لايي ايجاد يك بازار مطمئن به جاي حافظه‌هاي فلش پنج سال طول خواهد كشيد. لذا اگر به عقب برگرديم لازم است تا در بازة زماني 2006 تا 2007 محصولي جايگزين در بازار داشته باشيم.
با تمام اين احوال برنامة فعلي اينتل براي جايگزيني حافظه‌هاي فلش براساس فناوري نانو نيست و به جاي آن، اين شركت در نظر دارد از فناوري ovonic يعني ذخيره داده‌ها روي لايه نازكي از Chalcogenide- ماده‌اي كه در CDهاي با قابليت نوشتن مجدد بر روي آنها كاربرد دارد- استفاده نمايد.

بسته به بار الكتريكي اعمال‌شده، نانولوله‌هاي كربني به دو صورت سوئيچي خميده و مستقيم درمي‌آيند كه در حالت اول اتصال الكتريكي برقرارشده و در حالت دوم اتصال قطع مي‌شود.

گفتة مسئولان اينتل آنها در اين زمينه پيشرفت خوبي داشته و كاملاً مطمئن هستند كه مي‌توانند حافظه‌هايي را از اين ماده بسازند و اگرچه در ابتدا احتمال دارد هر بيت از تراشه‌هاي ovonic دوبرابر گران‌تر از حافظه‌هاي فلش باشند اما انتظار مي‌رود كه اين فناوري نهايتاً به توليد سلول‌هاي حافظة كوچك‌تري منجر شود.
دو جايگزين ديگر براي حافظه‌هاي فلش كه انتظار مي‌رود بعد از ده سال توسعه و كار بالاخره به بازار راه يابند عبارتند از FRAM (RAMهاي فروالكتريك) و MRAM (RAMهاي ضدمغناطيسي). براي اطلاعات بيشتر به شمارة اول آوريل 2003 مجلة Memory enhancement مراجعه نماييد. فروش شركت Ramtron international از تراشه‌هاي FRAM كم‌مصرف خود 10 ميليون دلار در هر دوره سه ماهه بوده است. اين تراشه‌ها قادرند بار الكتريكي را در لايه‌هاي نازك تركيبات پروسكات شبه‌سراميكي ذخيره نمايند. ضمناً شركت Freescale Semiconductor هم در نظر دارد تا به طور آزمايشي تعداد محدودي تراشة MRAM تجاري توليد كند. اين تراشه‌ها كه قادرند اطلاعات را به صورت مغناطيسي ذخيره نمايند، تا اواخر سال 2004 به بازار عرضه خواهند شد.
MRAM و FRAM نيز همانند حافظه‌‌هاي ovonic محصولاتي نانويي به شمار نمي‌آيند اما با اين وجود فناوري نانو واژه‌اي است كه تعبيرات مختلفي از آن مي‌شود. برخي عقيده دارند كه سازندگان تراشه‌ها در واقع بزرگ‌ترين متخصصان و كاربران فناوري نانو هستند چراكه هرچيزي با ابعاد كمتر از يك ميكرون در قلمرو نانو قرار مي‌گيرد و عمدة اين صنايع (توليدكنندگان تراشه) در ابعاد كمتر از ميكرون كار مي‌كنند. از سوي ديگر به عقيدة مطلق‌نگرها لازمة فناوري نانوي صحيح، استفاده از ماشين‌هاي ريز خودتكثير مي‌باشد. غير از اين دو گروه، ديگران بين فرآيندهاي كل به جزء (بالا به پايين) يعني ايجاد نانوساختارها از يك تودة ماده، و فرآيندهاي پايين به بالا (جزء به كل) تفاوت قائل بوده و فرآيندهاي پايين به بالا را فناوري نانوي صحيح مي‌پندارند، چرا كه در اين روش ساختارها و يا مواد به صورت مولكول به مولكول يا اتم‌به اتم (توليد يك اتم يا يك مولكول در هر مرحله) شكل مي‌گيرند. و همين ديدگاه اخير است كه هستة اصلي فناوري در شركت نانترو و زتاکور را تشكيل داده در حالي كه تراشه‌هاي رايج امروزي و نسل اول حافظه‌هاي جايگزين، با تعريف اول (بالا به پايين) مطابقت دارند.

روش نانترو
بعد از آن كه روئكس طي مقاله‌اي چگونگي استفاده از نانولوله‌هاي كربني را در ذخيره اطلاعات بيان داشت، گِرگ اشمرجل و برنت سگال، دارنده دكتراي شيمي از دانشگاه هاروارد و توماس روئكس اقدام به تأسيس نانترو در سال 2001 نمودند. شركت آنها موفق شد 16 ميليون دلار سرماية خطرپذير را جذب خود نموده و 25 كارمند هم استخدام كند. هدف آنها تجاري‌سازي تراشه‌هاي حافظه‌اي بود كه همان سرعت SRAM، همان ظرفيت DRAM و همان غيرفراريت (توانايي در نگهداري اطلاعات هنگام قطع برق) حافظه‌هاي فلش را داشته باشند. فناوري NRAM آنها به اين صورت عمل مي‌كرد كه رشته‌هاي معلقي از نانولوله‌هاي كربني روي سلول‌هاي حافظه‌اي ساخته شده از يك لايه نازك نانولوله‌اي، قرار مي‌گرفتند (در شكل نشان داده شده است). با اعمال بار مثبت يا منفي، اين رشته‌ها يا جذب سلول‌هاي حافظه شده و توسط نيروهاي بين‌مولكولي نگه‌داشته مي‌شدند كه به اين ترتيب اتصال الكتريكي برقرار مي‌شد و يا اينكه از سلول‌هاي حافظه دور شده و باعث قطع اتصال الكتريكي مي‌گرديدند. سلول‌هاي حافظه نانولولة كربني روي ويفرهاي سيليكوني با همان روش ليتوگرافي (چاپ) معمولي (رسوبدهي يا حكاكي) ساخته مي‌شوند.
به گفتة اشمرجل مدير اجرايي نانترو، احتمالاً توليد آزمايشي محصولات اين شركت بسياري از صاحبان صنايع را شگفت‌زده نمايد چرا كه تصور مي‌شود توليد انبوه زودتر از 10يا 15 سال آينده امكان‌پذير نخواهد بود و كسي هم نمي‌تواند چگونگي توليد انبوه آنها و قراردادنشان روي ويفرها را كشف كند. اما آنچه ما در اين مرحله موفق به انجام آن شده‌ايم فرآيند ساده‌اي است كه مي‌توان آن را با محصولات موجود مقايسه نمود.
اخيراً نانترو شروع به همكاري با سيستم‌هاي BAE، پيمانكار دفاعي انگلستان نموده تا با همكاري آنها بتواند تراشه‌هاي نانولوله‌هاي كربني را جهت صنايع هوافضا به كار برد. زيرا در اين صنايع ايمني آنها در مقابل تابش، يك مزيت اساسي به شمار مي‌آيد. همچنين نانترو كارهايي را به طور مشترك با شركت توليدابزار ASML براي توسعة تكنيك‌هاي چاپ نانولوله‌هاي كربني آغاز نموده است.
روش زتاکور
مؤسسان زتاکور در اواخر دهة 1990 ضمن كار براي يك شركت فناوري زيستي كاليفرنيايي با يكديگر ملاقات كرده و اولين سرمايه‌گذاري خطرپذير خود را در سال 2001 آغاز نمودند.
در فناوري زتاکور از پرفرين‌هايي به شكل آب‌نبات چوبي (كه از مشتقات كلروفيل مي‌باشد) براي ذخيرة الكترون استفاده مي‌شود. در انتهاي اين مولكول‌ها قطعه‌اي وجود دارد كه مي‌تواند خم شده و به هر سطحي متصل شود (همانند شكل). فناوري زتاکور از لحاظ مقياس بايد بسيار كوچك‌تر از DRAMها باشد، چرا كه در اين روش مولكول‌ها به طور فشرده به هم بسته شده و از تك‌تك آنها براي ذخيرة بار استفاده مي‌شود. همچنين اين شركت موفق به توليد حافظه‌هاي مولكولي 1Mb شده و ميزان تحمل آن را تا بيش از يك تريليون (1012) چرخه مورد آزمايش قرار داده‌اند.
اگرچه قابليت مولكول‌هاي ساخت اين شركت متغير است اما هدف اوليه زتاکور بهينه‌سازي سرعت اين مولكول‌هاي حافظه به جاي قدرت نگهداري آنها است. بنابراين لازم است تا تراشه‌هاي توليدي اين شركت به طور متناوب و البته به ميزاني كمتر از DRAM و SRAM شارژ شوند تا بتوانند اطلاعات داخل خود را نگه‌دارند. هدف از اين كار توليد حافظه‌هايي با همان سرعت SRAM است با اين تفاوت كه كوچكتر بوده و مصرف كمتري هم دارند.

حافظه‌هاي زتاکور از مولكول‌هاي پرفيرن آب نبات شكل براي ذخيره الكترون‌ها استفاده مي‌كند و براي اين كار از ميله‌اي استفاده مي‌شود كه مي‌توان آن را طوري طراحي نمود كه خودبخود به الكترود متصل شود.

رقابت‌هاي اقتصادي
كاربرد اين فناوري‌ها در خارج از محيط آزمايشگاه و در كاربردهاي واقعي مي‌تواند نقطة عطفي به شمار آيد. اما به عقيده تحليلگران مشكلات اقتصادي كه در اين راه وجود دارند هم بايد مدنظر قرار گيرد. قيمت فناوري حافظه‌هاي متداول امروزي به سرعت در حال كاهش است و رقباي جديد در اين عرصه با مشكلات جدي مواجه‌اند مگر آنكه فعالان فعلي دست از پيشرفت بردارند، كه البته حتي در آن صورت هم معلوم نيست كه آيا فناوري‌هاي نانوي جديد بتوانند بر مشكلاتي غلبه كنند، كه در راه كوچك‌كردن ترانزيستورها و اجزاي چاپ وجود دارد مشكلاتي كه مي‌تواند فناوري‌هاي فعلي را هم از كار باز دارد.
اما با وجود اين، به عقيدة باب مريت تحليلگر مسائل ادغام بازارها، كه براي شركت Semico Research كار مي‌كند، اگر آن گونه كه وعده داده شده فناوري نانوحافظه به مرحله عمل برسد، هنوز فرصت‌هايي براي تجاري‌سازي آن وجود دارد و مي‌توان فرآيند توليد آنها را با روند توليد تراشه‌هاي CMOS استاندارد ادغام نمود (كاري كه نه DRAM و نه حافظه‌هاي فلش قادر به انجام آن هستند) البته اين فقط حافظه نيست كه اهميت دارد بلكه توانايي تركيب آن با مدار منطقي در همان فرآيند است كه اهميت دارد و كار بيشتري مي‌خواهد اينكه بتوان ساير حافظه‌هاي جايگزين را با CMOS ادغام نمود مطلبي است كه هنوز به اثبات نرسيده است.
با اهميت‌يافتن الكترونيك قابل حمل، تأمين برق مصرفي آنها و نيز كاهش اندازة آنها هم اهميت يافته و سازندگان تراشه را مجبور مي‌كند تا تعداد بيشتري حافظه و مدار منطقي را در يك تراشه واحد با هم تركيب كنند. به عقيده دانشمندان نمونه جديدي از صنعت تراشه در حال شكل‌گيري است كه در آن تركيبات جديدي از حافظه و مدارمنطقي وجود داشته و نهايتاً منجر به ساخت گسترده و وسيع پردازشگرهاي جديد و معماري‌هاي جديد حافظه مي‌گردد.
اما از طرف ديگر بايد توجه داشت كه غالباً ايجاد بازارهاي غيرمنتظره است كه مي‌تواند باعث موفقيت يا شكست يك فناوري جديد در زمينه توليد حافظه شود. در مورد حافظه‌هاي فلش، تلفن‌هاي همراه چنين بازار غيرمنتظره‌اي را پديد آورند اما در مورد نانوحافظه‌ها چه چيزي خواهد توانست اين كار را انجام دهد؟ لذا لازم است براي هر فناوري جديد يك سؤال اساسي را از خود بپرسيم:
و آن اينكه "كاربرد اساسي و تأثيرگذار اين فناوري جديد چيست؟ آيا حافظه‌هاي ساخته‌شده براساس فناوري نانو مي‌توانند رقابتي جدي در زمينه روش‌هاي توليد تراشه‌هاي حافظه ايجاد نمايند؟"

علمی

نانو تکنولوژی

ايده‌هاي كوچك؛ بازار بزرگ (قسمت اول)