211service.com
Mały silikonowy zegar
Chociaż chipy komputerowe wciąż się kurczą, rozmiar gadżetów jest nadal ograniczony, po części przez stosunkowo duże kawałki kwarcu, które działają jak rozruszniki w obwodach elektronicznych. Ale w ciągu najbliższych kilku miesięcy może pojawić się tańsza, mniejsza alternatywa dla kwarcu. W grudniu firma z Sunnyvale w Kalifornii SiTime , ma rozpocząć dostarczanie krzemowego chronometrażysty, który rzuca wyzwanie 60-letniej technologii kwarcowej.
Oscylatory kwarcowe są używane jako liczniki czasu w praktycznie całej dzisiejszej elektronice, mówi Aaron Partridge, dyrektor ds. technologii w SiTime, który nazywa je biciem serca systemu. Mówi, że każdego roku powstaje około ośmiu miliardów kryształów kwarcu – składników oscylatora, które wibrują z określoną częstotliwością.
Jednak technologia kwarcowa opiera się na przemyśle sprzed dziesięcioleci, który niewiele się zmienił od czasu wynalezienia układów scalonych. I chociaż produkcja krzemu pozwoliła obwodom scalonym kurczyć się i zwiększać złożoność, techniki produkcyjne wykorzystywane do produkcji rezonatorów kwarcowych nie nadążają za rozmiarami.
Używając krzemu zamiast kwarcu, SiTime jest w stanie wykonać rezonator o szerokości zaledwie kilkuset mikrometrów, mówi Partridge, podczas gdy równoważny rezonator kwarcowy ma szerokość około milimetra. Co więcej, mówi Partridge, rezonatory krzemowe są znacznie tańsze w produkcji.
Pomysł rezygnacji z oscylatorów kwarcowych na rzecz krzemowych nie jest nowy; naukowcy z Uniwersytetu Stanforda, Uniwersytetu Michigan i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley pracują nad tą technologią od dziesięcioleci. W większości jednak jakość tych układów krzemowych nie dorównuje jakości kwarcu. Jednak w ostatnich latach postęp w produkcji układów mikroelektronicznych (MEMS) sprawił, że wysokiej jakości oscylatory krzemowe stały się bardziej praktyczne.
Partridge wyjaśnia, że rezonatory SiTime, które są wykonane z monokrystalicznego krzemu, opierają się na niewielkim napięciu, aby utrzymać serce urządzenia w ruchu. Rezonator jest zamknięty w obudowie i odcięty od otoczenia. Po przyłożeniu napięcia do oscylatora rezonator wibruje z określoną częstotliwością. Jeśli masa rezonatora zmienia się w trakcie jego życia, traci on czas. Partridge mówi, że nawet różnica w pojedynczej warstwie atomów może zmienić częstotliwość. Inżynierowie SiTime stosują więc ultraczystą technikę, w której rezonator jest wytwarzany i zamykany w maleńkiej komorze próżniowej, która jest całkowicie pozbawiona jakichkolwiek dodatkowych atomów.
Oprócz zalet związanych z rozmiarem, oscylatory krzemowe SiTime są atrakcyjną alternatywą ze względu na możliwość ich dostrojenia do różnych częstotliwości. W przeciwieństwie do kryształu kwarcu, który jest wytwarzany tak, aby rezonował z określoną częstotliwością przez cały okres swojego życia, oscylator krzemowy może wibrować z wieloma różnymi częstotliwościami, w zależności od oprogramowania sterującego obwodem. Według Partridge'a sprawia to, że proces produkcyjny jest mniej kosztowny, ponieważ gdy wytwarzany jest kryształ kwarcu, jest on zaprojektowany tak, aby rezonować z jedną częstotliwością przez cały okres użytkowania. Zmiana funkcji zegara kwarcowego z takiego, który obsługuje telefon komórkowy, na taki, który obsługuje na przykład telewizor o wysokiej rozdzielczości, wymaga wyprodukowania zupełnie innej partii.
Ale rezonatory krzemowe SiTime nie wymagają regulacji częstotliwości podczas produkcji, co ułatwia ich produkcję. A kiedy są gotowe do użycia, inżynier po prostu dostraja się do żądanej częstotliwości za pomocą oprogramowania.
SiTime jest jedną z nielicznych nowych firm rozwijających technologię rezonatorów MEMS, mówi Roger Howe, profesor elektrotechniki w Stanford i główny naukowiec w Zegary silikonowe , spin-off Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Obszar ten jest dojrzały do komercjalizacji, mówi, dzięki połączeniu dojrzewających technologii w branży MEMS i ultraczystych technik enkapsulacji. W rezultacie powstało wiele startupów specjalizujących się w rezonatorach MEMS, w tym Silicon Clocks i Mikrosystemy Mobiusa , spin-off Uniwersytetu Michigan.
SiTime nawiązał współpracę z największymi producentami zegarów kwarcowych, którzy będą sprzedawać swoje oscylatory krzemowe. Ale jest jeszcze wiele do zrobienia. Partridge twierdzi, że produkty, które zostaną wysłane pod koniec roku, zaspokoją kilka zastosowań oscylatorów kwarcowych, takich jak proste zegary mikroprocesorowe. Ale nie są one wystarczająco dobre, aby zastąpić na przykład mechanizmy kwarcowe w urządzeniach GPS. Mówi, że przyszłe zegary krzemowe będą miały większą precyzję, ponieważ jego zespół nauczy się dostrajać techniki produkcyjne.