Vihdoinkin 2D-mikrosiruja

Maailman ensimmäinen täysin integroitu ja toimiva mikrosiru, joka perustuu kaksiulotteisiin materiaaleihin, on valmistettu King Abdullah University of Science and Technologyssä (KAUST).

Läpimurto osoittaa 2D-materiaalien mahdollisuudet laajentaa mikrosiruihin perustuvien teknologioiden toimivuutta ja suorituskykyä.

Lähes kahden vuosikymmenen tutkimuksesta huolimatta 2D-materiaaleihin perustuvat toiminnalliset mikropiirit ovat osoittautuneet vaikeaksi toteuttaa näiden hauraan ohuiden kalvojen valmistukseen ja käsittelyyn liittyvien haasteiden vuoksi.

"Motivaatiomme oli nostaa 2D-materiaalipohjaisten elektronisten laitteiden ja piirien teknologista valmiutta käyttämällä tavanomaisia piipohjaisiaCMOS-mikropiirejä perustana sekä hyödyntää tavanomaisia puolijohteiden valmistustekniikoita", sanoo tutkimus vetänyt Mario Lanza.

"Haasteena on kuitenkin se, että synteettiset 2D-materiaalit voivat sisältää paikallisia vikoja, kuten atomisia epäpuhtauksia. Lisäksi on erittäin vaikeaa integroida 2D-materiaalia mikrosiruun sitä vahingoittamatta."

Tutkimusryhmä optimoi sirusuunnitelman helpottamaan valmistusta ja minimoimaan vikojen vaikutusta. He tekivät sen valmistamalla standardinmukaisia CMOS-transistoreita sirun yhdelle puolelle ja liitännät toiselle puolelle, jonne 2D-materiaali voitiin siirtää luotettavasti pienissä tyynyissä, joiden läpimitta on alle 0,25 mikrometriä.

"Valmistimme 2D-materiaalin - kuusikulmainen boorinitridin tai h-BN, kuparifoliolle - ja siirsimme sen mikrosirulle matalan lämpötilan märkäprosessilla, minkä jälkeen teimme elektrodit päälle tavanomaisella tyhjiöhaihdutuksella ja valolitografialla”, Lanza kertoo.

"Tällä tavalla tuotimme 5 × 5 ryhmän yksittäisen transistorin/yhden muistin soluja, jotka on yhdistetty poikkitaismatriisiin."

Tämän vain 18 atomin tai 6 nanometrin paksuisen 2D h-BN:n eksoottiset ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen memristorin. Tässä 5 × 5 -järjestelyssä jokainen mikromittakaavainen memristorityyny on kytketty yhteen sitä hallitsevaan CMOS-transistoriin.

Tämä tarjoaa jännitteen ohjauksen, jota tarvitaan memristorin käyttämiseen toiminnallisena rakenteena, jolla on korkea suorituskyky ja luotettavuus tuhansien jaksojen aikana, tässä tapauksessa pienitehoisena neuroverkkoelementtinä.

Aiheesta aiemmin:

Kaksiulotteisista moniarvoinen optinen muisti