Insinöörit kasvattavat "pystyrakenteisia" 3D-siruja

Elektroniikkateollisuus pyrkii kasvattamaan suorituskykyään siirtymällä kolmanteen ulottuvuuteen. Merkittävä rajoite on kuitenkin se, että kukin lisäkerros rakentuu omaan alustaansa.

Nyt MIT:n insinöörit ovat löytäneet tavan kiertää tämä este monikerroksisella sirusuunnittelulla, joka ei vaadi piikiekkosubstraatteja ja toimii riittävän alhaisissa lämpötiloissa säilyttäen alla olevan peruskerroksen piirit.

"Tämä läpimurto avaa valtavat mahdollisuudet puolijohdeteollisuudelle, sillä se mahdollistaa sirujen pinoamisen ilman perinteisiä rajoituksia", sanoo tutkimuksen kirjoittaja Jeehwan Kim. "Tämä voi johtaa mittaviin parannuksiin tekoälyn, logiikan ja muistin sovellusten laskentatehossa."

Jo vuonna 2023 Kimin ryhmä raportoi kehittäneensä menetelmän korkealaatuisten puolijohtavien 2D TMD-materiaalien kasvattamiseksi amorfisilla pinnoilla. Tällaiset 2D-materiaalit voivat säilyttää puolijohtavuutensa jopa yhden atomin mittakaavassa, jolloin esimerkiksi piin suorituskyky heikkenee jyrkästi.

Tuolloin menetelmä toimi vain noin 900 celsiusasteessa mutta tavoitellun tekniikan olisi toimittava alle 400 celsiusasteen lämpötiloissa.

Sellaiseen päästiin kun tutkijat lainasivat metallurgian vanhoja valutekniikan oppeja ja ryhtyivät kasvattamaan yksikiteisiä TMD:itä piikiekolle.

Tutkijat käyttivät lainaamaansa menetelmää monikerroksisen sirun valmistukseen. Menettelyssä käytettiin kahta erilaista TMD:tä vuorotellen - molybdeenidisulfidi, lupaava materiaaliehdokas n-tyypin transistorien valmistukseen; ja volframidiselenidi, materiaali, josta voidaan valmistaa p-tyypin transistoreja.

Tiimi pystyi kasvattamaan molempia materiaaleja yksikiteisessä muodossa, suoraan päällekkäin, ilman välissä olevia piialustoja. Kim toteaa, että menetelmä kaksinkertaistaa tehokkaasti sirun puolijohde-elementtien tiheyttä.

"Meidän tekniikallamme toteutettu tuote ei ole vain 3D-logiikkasiru, vaan myös 3D-muisti ja niiden yhdistelmät", Kim sanoo. "Kasvupohjaisella monoliittisella 3D-menetelmällämme voi kasvattaa kymmenistä satoihin logiikka- ja muistikerroksia päällekkäin, ja ne pystyisivät kommunikoimaan erittäin hyvin."

"Perinteiset 3D-sirut kerrostetaan piialustoilla poraamalla niiden läpi reikiä - prosessi, joka rajoittaa pinottujen kerrosten määrää, pystysuuntaisen kohdistuksen resoluutiota ja tuottoa", ensimmäinen kirjoittaja Kiseok Kim lisää. "Kasvuun perustuva menetelmämme ratkaisee kaikki nämä ongelmat kerralla."

Kaupallistaakseen pinottavan sirusuunnittelun menetelmänsä Kim on äskettäin perustanut yrityksen, FS2:n (Future Semiconductor 2D -materials).

"Olemme toistaiseksi osoittaneet konseptin pienimuotoisissa laiteryhmissä", hän sanoo. "Seuraava askel on skaalaaminen osoittamaan ammattimaisen AI-sirun toiminnan."

Aiheesta aiemmin:

Seuraava alusta aivojen inspiroimalle tietojenkäsittelylle

Kaksiulotteisia fettejä piikiekolle