Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне предложили способ создавать компьютерные чипы с вертикальным размещением слоев. Такой подход может увеличить плотность вычислительных элементов и ускорить обмен данными внутри микросхемы. При этом разработка основана на том же монокристаллическом кремнии, который применяется в современных чипах.
Рост производительности микросхем ограничивается нехваткой места для дальнейшего уменьшения транзисторов на плоской поверхности. Вертикальная компоновка позволяет распределять элементы по нескольким слоям, сохраняя функциональность и уменьшая занимаемую площадь. По оценке авторов, более короткие соединения между уровнями способны также снизить энергопотребление. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Главной проблемой при изготовлении многослойных чипов остается высокая температура технологических процессов. Обычно она достигает примерно 1 000 °C, из-за чего при создании следующего уровня можно повредить уже готовые слои. Ученые решили эту задачу с помощью транзисторов без переходов, подготовив необходимые изменения химического состава материала до сборки конструкции.
Для формирования слоев специалисты использовали сверхтонкие гибкие кремниевые наномембраны вместо традиционных жестких пластин. Их можно наносить при температуре ниже 200 °C, что позволяет не перегревать ранее созданные элементы. Гибкость мембран помогает им прилегать к поверхности и уменьшает риск появления пустот и других дефектов на границе слоев.
В ходе экспериментов ученые изготовили структуру из 3 уровней, включающую рабочие логические схемы и ячейки памяти. Авторы считают, что число слоев в дальнейшем можно наращивать, сохраняя высокую производительность транзисторов и небольшой разброс их характеристик. Вместе с тем технология пока требует доработки для промышленного производства: созданным чипам необходимо более высокое напряжение питания, чем обычно.
