211service.com
Et lille silikone ur
Mens computerchips bliver ved med at skrumpe, er størrelsen af gadgets stadig begrænset, delvist af relativt store stykker kvarts, der fungerer som pacemakere for elektroniske kredsløb. Men inden for de næste par måneder kan der være et billigere, mindre alternativ til kvarts. I december, en Sunnyvale, CA-baseret virksomhed, SiTime , forventes at begynde at sende en siliciumbaseret tidtager, der udfordrer den 60 år gamle kvartsteknologi.
Kvartsoscillatorer bruges som tidtagere i stort set al nutidens elektronik, siger Aaron Partridge, SiTimes teknologichef, som kalder dem systemets hjerteslag. Hvert år, siger han, bliver der lavet omkring otte milliarder kvartskrystaller - komponenterne i en oscillator, der vibrerer med en bestemt frekvens.
Kvartsteknologi er dog baseret på en årtier gammel industri, der har ændret sig lidt, siden de integrerede kredsløb blev opfundet. Og mens siliciumfremstilling har gjort det muligt for integrerede kredsløb at krympe og få kompleksitet, har de fremstillingsteknikker, der bruges til at fremstille kvartsresonatorer, ikke holdt trit med størrelsen.
Ved at bruge silicium i stedet for kvarts er SiTime i stand til at lave en resonator med en bredde på kun et par hundrede mikrometer, siger Partridge, mens en tilsvarende kvartsresonator har en bredde på omkring en millimeter. Desuden, siger Partridge, er siliciumresonatorer meget billigere at fremstille.
Ideen om at opgive kvartsoscillatorer til silicium er ikke ny; forskere ved Stanford University, University of Michigan og University of California, Berkeley har arbejdet på teknologien i årtier. For det meste har kvaliteten af disse siliciumsystemer dog ikke matchet kvarts. I de seneste år har fremskridt i fremstillingen af mikroelektroniske mekaniske systemer (MEMS) dog gjort siliciumoscillatorer af høj kvalitet mere praktiske.
Partridge forklarer, at SiTimes resonatorer, som er lavet af enkelt-krystal silicium, er afhængige af en lille spænding for at holde hjertet på en enhed tikke. Resonatoren er indkapslet og lukket af fra omgivelserne. Når en spænding påføres oscillatoren, vibrerer resonatoren ved en bestemt frekvens. Hvis resonatorens masse ændres i løbet af dens levetid, taber den tid. Partridge siger, at selv en forskel i et enkelt lag af atomer kan ændre frekvensen. Så SiTime-ingeniørerne bruger en ultra-ren teknik, hvor resonatoren er fremstillet og forseglet i et lille vakuumkammer, der er fuldstændig blottet for ekstra atomer.
Udover fordelen ved størrelse er SiTimes siliciumoscillatorer et tiltalende alternativ på grund af deres evne til at blive indstillet til forskellige frekvenser. I modsætning til en kvartskrystal, som er fremstillet til at give resonans ved en bestemt frekvens gennem hele sin levetid, er en siliciumoscillator i stand til at vibrere ved mange forskellige frekvenser, afhængigt af softwaren, der styrer kredsløbet. Dette gør fremstillingsprocessen mindre omkostningsfuld, ifølge Partridge, da når en kvartskrystal fremstilles, er den designet til at give genlyd ved en enkelt frekvens gennem hele dens levetid. At ændre funktionen af kvartsuret fra et, der driver en mobiltelefon til et, der kører et high-definition-fjernsyn, kræver for eksempel at fremstille en helt anden batch.
Men SiTimes siliciumresonatorer kræver ikke frekvensjustering under fremstilling, hvilket gør dem nemmere at fremstille. Og når de er klar til at blive brugt, tuner en tekniker simpelthen ind på den ønskede frekvens ved hjælp af software.
SiTime er en af en håndfuld nye virksomheder, der udvikler MEMS-resonatorteknologi, siger Roger Howe, professor i elektroteknik ved Stanford og chefforsker ved Silikone ure , et spin-off ved University of California, Berkeley. Området er modent til kommercialisering, siger han, takket være en kombination af modningsteknologier i MEMS-industrien og ultra-rene indkapslingsteknikker. Som et resultat er der opstået en række startups med speciale i MEMS-resonatorer, herunder Silicon Clocks og Mobius mikrosystemer , en spin-off fra University of Michigan.
SiTime har indgået et samarbejde med store producenter af kvartsure, som vil sælge deres siliciumoscillatorer. Men der er mere arbejde at gøre. Partridge siger, at de produkter, der skal sendes i slutningen af året, vil tilfredsstille nogle få applikationer til kvartsoscillatorer, såsom simple mikroprocessorure. Men de er ikke gode nok til at erstatte for eksempel kvarts timing-mekanismer i GPS-enheder. Fremtidige siliciumure, siger han, vil have en højere præcision, da hans team lærer at finjustere fremstillingsteknikkerne.