Mennyi ideig működnek az egyes chipek?

Egyre fontosabbá válik a chipek tartósabbá tétele és a működésük modellezése.

A számítógépes chipek napjainkban már szinte minden eszközben megtalálhatók, legyen szó autókról, mobiltelefonokról vagy mosógépekről. A korszerű járművekben akár 500 chip is lehet és azokban egyenként több milliárd tranzisztor található. A tranzisztorok mérete az elmúlt években rendkívüli mértékben csökkent és most már a nanométeres területen mozognak. Markus Jech osztrák szakember a rendkívül kis méretű elektronikai alkatrészek tartósságát kutatta, a munkájáért megkapta a Bécsi Műszaki Egyetem Ressel-díját.

Jech egy új módszert fejlesztett ki arra, hogy atomi szinten megállapítsa, mikor ér véget egy alkatrész élettartama. Rámutatott, hogy a chipekben lévő legkisebb alkatrészek nem ugyanúgy néznek ki és bármelyik lehet hibás. Ez elsősorban az alapanyagaiknak köszönhető. A szilícium és a szilícium-oxid soha nem tökéletes. Van, ahol csak egyetlen atom hiányzik, de lehetnek olyan hibáik is, amelyek az idő múlásával keletkeznek. Amennyiben csak kisebb hiányosságok vannak, akkor azoktól a teljes chip még tovább működhet. Azonban tudni kell, hogy minél tovább használnak egy chipet, abban annál inkább elromolhat egy alkatrész vagy egy tranzisztor. Az egyes hibákat még ki lehet javítani, de ha túl sok van azokból, akkor előbb vagy utóbb jönnek a hibajelzések.

A szakember hangsúlyozta, hogy amikor az alkatrészek még nagyobbak voltak, akkor elegendő volt a makroszkopikus szimulációk elvégzése, de azok a legkisebb alkatrészek esetében már nem elegendőek. Jech az alkatrészeket szélsőséges körülményeknek, például magasabb feszültségnek vagy hőmérsékletnek is kitette. Az eredmények bekerültek egy számítógépes modellbe. A szakértő szerint csak így lehet megérteni, hogy melyik paraméterek milyen szerepet játszanak a folyamatokban és miként lehet ezekből a kísérletekből megbízható következtetéseket levonni.

A szilíciumból készített legkisebb alkatrészek normális körülmények között legalább 7-10 évig működnek a laptopokban vagy az okostelefonokban. Az újszerű anyagok - például a germánium - sokkal jobban tudják teljesíteni a korszerű chipek által támasztott követelményeket. Az új számítógépes modell arra szolgál, hogy a gyártók megbecsülhessék, mely anyagok használhatók a folyamatlépések javítására. Ilyenekkel számos chipgyártó kutatási részlege foglalkozik, a Bécsi Műszaki Egyetem például az Infineonnal dolgozik együtt, a kész csomagokat pedig a nagy cégek világszerte alkalmazzák.

Jech nem hiszi, hogy az egyes gyártók tudatosan készítenének rossz chipeket. Mindegyik annyira jól akarja megépíteni az egyes tranzisztorokat, amennyire csak lehetséges, hogy azok minél tartósabbak legyenek. Az viszont mindig kérdéses, hogy mennyi időt és energiát kell egy folyamat javítására fordítani, s az is, hogy ez megéri-e.