Исследовательская группа из Университета науки и технологий короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии впервые в мире разработала шестишаровый гибридный КМОП-микросхему с вертикальной архитектурой. Это открытие может стать новым этапом в развитии компактной, быстрой и энергоэффективной электроники, поскольку до этого момента гибридные микрочипы ограничивались лишь двумя активными слоями.
Об этом сообщает ProIT
Прорыв в вертикальном масштабировании чипов
На протяжении длительного времени индустрия полупроводников делала ставку на уменьшение размеров транзисторов для повышения плотности элементов на подложке. Однако современные технологии уже достигли физических пределов, когда дальнейшее уменьшение размеров становится невозможным из-за квантовых эффектов и роста стоимости производства. Учёные из KAUST подчеркивают, что будущее микроэлектроники — в вертикальном размещении схем слой за слоем. Такой подход позволяет существенно повысить функциональную плотность, однако сталкивается с рядом сложных технических вызовов.
“В разработке микросхем главное — вместить больше мощности в меньшем пространстве. Усовершенствуя несколько этапов производства, мы создаем основу для вертикального масштабирования и повышения функциональной плотности, что значительно превосходит современные возможности”, — объясняет ведущий автор исследования Сараванан Ювараджа.
Одной из основных проблем стала необходимость избежать повреждения нижних слоев во время наращивания новых. Традиционное производство микрочипов требует высоких температур, что может привести к деформации предыдущих слоев, а также усложняет их точное выравнивание. Для решения этой задачи команда KAUST разработала инновационный процесс, в котором все этапы производства осуществлялись при температуре не выше 150°C, а большинство работ — почти при комнатной температуре. Благодаря этому удалось сохранить целостность и точность выравнивания слоев.
Потенциал для новой гибкой электроники
Каждый из шести слоев содержит транзисторы, которые работают из различных материалов — как неорганических (например, оксид индия n-типа), так и органических соединений. Сочетание таких материалов позволило создать гибридную КМОП-структуру (комплементарный металл-оксид-полупроводник), обладающую высокими показателями эффективности. Особое внимание учёные уделили подготовке и соединению поверхностей между слоями, достигая идеально гладких интерфейсов и обеспечивая эффективную передачу электрических сигналов.
Новый шестишаровый чип продемонстрировал стабильную работу, энергоэффективность и отличные логические характеристики без перегрева и электрических помех. Такой подход может стать основой для создания ультракомпактных сенсоров, медицинских устройств и носимых гаджетов, которые сгибаются, растягиваются или даже интегрируются в ткань одежды. Это позволит обеспечить более высокую производительность вычислений при минимальном энергопотреблении.
В настоящее время исследования находятся на этапе проверки концепции. Для выхода на рынок необходимо повысить термостойкость чипов и адаптировать технологию для массового производства. Команда KAUST продолжает совершенствовать материалы и разрабатывает методики интеграции ещё большего количества слоев и функций в будущих версиях чипов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Electronics.
