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02.02.1979 - 

IBM-Forscher verbessern Silizium-Schaltkreise:

Mehr als 10 000 logische Verknüpfungen auf einem Chip

WASHINGTON (pi) - Experimentelle Silizium-Mikroschaltkreise in Ein-Mikrometer-Technologie haben IBM-Wissenschaftler in fünf Vorträgen auf dem Anfang Dezember 1978 in Washington abgehaltenen "international Electron Devices Meeting" vorgestellt. Die neuen Schaltkreise erreichen nach IBM-Angaben eine nahezu zehnfache Steigerung der Schaltkreisdichte gegenüber der heutigen Technologie und arbeiten dreibis viermal schneller als frühere Schaltkreise des gleichen Typs, bei nur einem Zehntel der Verlustleistung. Sie dürften die kleinsten Logik-Schaltkreise in Silizium-Technologie sein, die je in großen Anordnungen hergestellt wurden.

Mit dieser Technologie können auf einem Chip mehr als 10 000 logische Verknüpfungen oder 256 000 Speicherzellen produziert werden. Die Arbeiten basieren in erster Linie auf Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs) mit polykristallinen Silizium-Gates (Steuerelektroden).

Die reine Schaltzeit der MOSFET-Schaltkreise beträgt 230 Pikosekunden (eine Pikosekunde = 10E-12 Sekunden). In einer computertypischen Auslegung (fan-in and fan-out von 3) lies die Schaltzeit bei 1,1 Nanosekunden (eine Nanosekunde = 10E-9 Sekunden). Die Verlustleistung je Logik-Element beträgt 0,17 Milliwatt.

Die Vorträge faßten die am Thomas J. Watson Research-Center (Yorktown Heights) durchgeführten Forschungsarbeiten zur Verkleinerung von Siliziumschaltkreisen zusammen. In der Untersuchung waren Komponenten- und Schaltkreisentwurf, Lithographie und andere Herstellungsprozesse eingeschlossen.

Die IBM-Wissenschaftler berichteten auch über ihre Forschungen mit flüssigem Stickstoff bei Niedrig-Temperatur (minus 196 Grad Celsius), bei der etwa dreimal kürzere Schaltzeiten als bei Raumtemperatur erwartet wurden. Messungen bestätigten diese Voraussage und zeigten eine Schaltgeschwindigkeit von 100 Pikosekunden für Einzelschaltkreise und von 460 Pikosekunden in der computertypischen Auslegung. Die Verlustleistung liegt bei 0,37 Milliwatt je Logik-Element.

Die Schaltkreise werden aus Verarmungs- und Anreicherungs-N-Kanal-FETs zusammengesetzt, deren Kanal-Längen im Entwurf einen Wert von 1,3 Mikrometer haben und im Herstellungsprozeß bis zu 1 Mikrometer erreichen können. Die zuvor angegebenen Leistungskennzahlen gelten für Ein-Mikrometer-Schaltkreise.

Zusätzlich zu diesen Test-Schaltkreisen für Leistungsmessungen wurden programmierbare Matrizen mit bis zu 4000 logischen Schaltern hergestellt, die Teile eines Mikroprozessors darstellen. Die Testergebnisse dieser Matrizenlogik will IBM noch in diesem Frühjahr veröffentlichen.