Дослідницька група з Університету науки та технологій короля Абдалли (KAUST) у Саудівській Аравії вперше у світі розробила шестишаровий гібридний КМОН-мікрочип із вертикальною архітектурою. Це відкриття може стати новим етапом у розвитку компактної, швидкої й енергоефективної електроніки, оскільки до цього часу гібридні мікрочипи обмежувалися лише двома активними шарами.
Про це розповідає ProIT
Прорив у вертикальному масштабуванні чипів
Протягом тривалого часу індустрія напівпровідників робила ставку на зменшення розмірів транзисторів для підвищення щільності елементів на підкладці. Однак сучасні технології вже досягли фізичних меж, коли подальше зменшення розмірів стає неможливим через квантові ефекти та зростання вартості виробництва. Вчені з KAUST наголошують, що майбутнє мікроелектроніки — у вертикальному розміщенні схем шар за шаром. Такий підхід дозволяє суттєво підвищити функціональну щільність, однак стикається з низкою складних технічних викликів.
“У розробці мікросхем головне — вмістити більше потужності у меншому просторі. Удосконалюючи кілька етапів виробництва, ми створюємо основу для вертикального масштабування та підвищення функціональної щільності, що значно перевершує сучасні можливості”, — пояснює провідний автор дослідження Сараванан Ювараджа.
Однією з основних проблем стала необхідність уникнути пошкодження нижніх шарів під час нарощування нових. Традиційне виробництво мікрочипів вимагає високих температур, що може спричинити деформацію попередніх шарів, а також ускладнює їх точне вирівнювання. Для вирішення цього завдання команда KAUST розробила інноваційний процес, у якому всі етапи виробництва здійснювались за температури не вище 150°C, а більшість робіт — майже за кімнатної температури. Завдяки цьому вдалося зберегти цілісність і точність вирівнювання шарів.
Потенціал для нової гнучкої електроніки
Кожен із шести шарів містить транзистори, які працюють з різних матеріалів — як неорганічних (наприклад, оксид індію n-типу), так і органічних сполук. Поєднання таких матеріалів дозволило створити гібридну КМОН-структуру (комплементарний метал-оксид-напівпровідник), що має високі показники ефективності. Особливу увагу вчені приділили підготовці й з’єднанню поверхонь між шарами, досягаючи ідеально гладких інтерфейсів і забезпечуючи ефективну передачу електричних сигналів.
Новий шестишаровий чип продемонстрував стабільну роботу, енергоефективність та відмінні логічні характеристики без перегріву й електричних перешкод. Такий підхід може стати основою для створення ультракомпактних сенсорів, медичних пристроїв та носимих гаджетів, що згинаються, розтягуються або навіть інтегруються у тканину одягу. Це дозволить забезпечити вищу продуктивність обчислень при мінімальному енергоспоживанні.
Наразі дослідження перебувають на етапі перевірки концепції. Для виходу на ринок необхідно підвищити термостійкість чипів і адаптувати технологію для масового виробництва. Команда KAUST продовжує вдосконалювати матеріали та розробляє методики інтеграції ще більшої кількості шарів і функцій у майбутніх версіях чипів.
Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Electronics.