Дослідники з Університету науки та технологій короля Абдалли (KAUST) у Саудівській Аравії створили перший у світі шестишаровий гібридний КМОН-чип.

Досі гібридні чипи з вертикальною архітектурою обмежувались усього двома шарами. Новий прорив наближає компактнішу, швидшу та енергоефективнішу електроніку.

"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.

Протягом десятиліть виробництво напівпровідників покладалось на зменшення розмірів транзистора для розміщення якомога більшої кількості елементів на підкладці. Однак наразі транзистори досягають межі власних розмірів і через квантові ефекти та зростання вартості виробництва не можуть бути зменшені ще більше.

На думку дослідників з KAUST, далі необхідно займатись не зменшенням транзисторів, а використанням вертикальної архітектури, яка передбачає розміщення схем шар за шаром, однак це пов'язано з серйозними складнощами.

Наприклад, традиційне виробництво чипів відбувається за високих температур. Це загрожує пошкодженням нижніх шарів, а вирівнювання кількох шарів з ідеальною точністю видається надзвичайно складним. У зв'язку з цим розробники запропонували інноваційний процес, у якому кожен етап відбувався за температури, що не перевершувала 150°C. При цьому більша частина роботи виконувалась за температури, близької до кімнатної. Це запобігло пошкодженню нижніх шарів під час додавання нових.

Кожен шар містить транзистори, що обробляють електричні сигнали. Деякі з них виготовлені з неорганічних матеріалів, наприклад, оксиду індію n-типу. Інші - з органічних з'єднань.

Ці матеріали, що доповнюють один одного, об'єднані в єдину структуру, так звану гібридну КМОН-структуру (комплементарний метал-оксид-напівпровідник). Розробники також вдосконалили спосіб підготовки та з'єднання кожної поверхні. Зберігаючи гладкі та точно вирівняні інтерфейси, вони забезпечили ефективну передачу електричних сигналів між шарами.

З рештою вони отримали чип з шістьма активними шарами. Він продемонстрував стабільну роботу та енергоефективні логічні схеми, довівши, що вертикальне стекування може забезпечити вищу продуктивність без перегріву та електричних перешкод.

В області гнучкої електроніки та пристроїв що носяться такий підхід може призвести до створення компактніших датчиків, медичних пристроїв, які можна буде згинати, розтягувати або навіть інтегрувати в одяг. Крихітні пристрої могли б забезпечувати ефективніші та потужніші обчислення за мінімального енергоспоживання.

Однак дослідження все ще перебувають на стадії перевірки концепції. Чипи повинні стати більш стабільними за високих температур і бути адаптованими для великомасштабного виробництва, перш ніж вони зможуть вийти на комерційний ринок. Команда KAUST планує вдосконалити матеріали та підвищити довгострокову надійність своєї конструкції, одночасно досліджуючи можливості інтеграції ще більшої кількості шарів та функцій у майбутньому.

Результати дослідження опубліковані у журналі Nature Electronics.