Современные технологии стремительно развиваются, и главная цель инженеров и ученых последних десятилетий — создать компактные и при этом производительные компьютерные системы. Но привычный подход к миниатюризации чипов, когда транзисторы размещаются на плоской поверхности, вышел на свой физический предел. В качестве альтернативы исследователи по всему миру начинают разрабатывать трехмерные — «слоёные» — чипы, где вычислительная мощность наращивается благодаря созданию новых уровней внутри микросхемы. Прорыв в этой области совершили ученые из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST), а также специалисты из Массачусетского технологического института (MIT), предложившие уникальные методы конструирования микрочипов нового поколения.
Технология будущего: более 40 инновационных слоёв
В KAUST недавно была представлена революционная архитектура чипов, сочетающая более 40 различных слоев. Эта комплексная конструкция позволяет не только значительно повысить плотность размещения транзисторов, но и интегрировать новые типы датчиков и функциональных модулей. Экспериментальные гибридные микрочипы нового поколения получили уже более ста реализованных экземпляров с прототипами отдельных устройств.
Главная особенность заключается в применении комбинации традиционных кремниевых транзисторов и инновационных слоев из органических полупроводников, что открывает путь к созданию гибкой и интеллектуальной электроники. Достижение этого уровня сложности стало возможным благодаря продуманному подходу к укладке материалов и оптимизации температурных режимов. Всё это создает необходимую базу для прорывных решений в сфере носимых устройств, IoT и высокопроизводительных вычислений.
Как многослойность меняет свойства микросхем
Разработка позволяет формировать уникальные шестерные прослойки транзисторов, сложенных друг на друга и соединенных в единую структуру. В отличие от традиционных методов, где максимум удавалось добиться внедрения двух слоев, теперь стало возможным нанести более 40 полноценных уровней, каждый из которых вносит свои функции в работу чипа.
Трудности, связанные с повреждением нижних слоев при нагреве во время нанесения следующих, решаются за счет использования щадящих температур — не выше 150°C, а также достижение высокой гладкости слоев. Это позволило избежать дефектов и реализовать надёжные контакты между уровнями. В результате инженеры смогли разработать прототипы энергонезависимой памяти и логических элементов, работающих эффективно при комнатной температуре, потребляя минимальное количество энергии. Такие свойства идеально подходят для устройств, где важна компактность и энергоэффективность — от сенсоров и накопителей до модулей обработки «умных» гаджетов.
Дорога к миниатюрной электронике без пределов
Раньше стремление увеличить число транзисторов на одном кристалле упиралось в физические законы, такие как ограничения, накладываемые квантовым эффектами. На определённом этапе дальнейшая миниатюризация становилась невыгодной по цене и возможностям. Однако многослойная архитектура открыла абсолютно новый путь к развитию: теперь производители могут наращивать производительность не только вширь, но и ввысь благодаря совмещению нестандартных материалов и технологических приёмов.
Мировые эксперты отмечают, что данный подход возрождает интерес к инженерным наработкам в сфере трёхмерной архитектуры полупроводниковых устройств. Он обеспечивает экспоненциальный прирост вычислительных ресурсов, особенно если речь идет об искусственном интеллекте, больших массовых вычислениях, современных запоминающих устройствах, нейропроцессорах и ультракомпактной бытовой электронике.
MIT и международное сотрудничество: прорывные идеи для всего мира
Специалисты MIT, вдохновлённые успехами восточных коллег, в конце 2024 года заявили о создании собственных экспериментальных трёхмерных чипов, способных преобразовать весь рынок вычислительной техники. Инженеры Массачусетского технологического института успешно освоили методику выращивания целых стопок транзисторов, даже «нерастущих» на кремнии, а на комбинациях инновационных, гибких материалов. Они отмечают, что такой подход обеспечивает логическим и запоминающим элементам внушительный прирост скорости, эффективности и устойчивости к внешним факторам.
В рамках дальнейшей коммерциализации и развития своих идей, команда по созданию новых чипов основала собственную компанию — FS2 (Future Semiconductor 2D materials). Это ещё раз подчёркивает: прорывные технологии уже на пороге использования в массовом производстве, и вскоре смогут найти своё место в бытовой, медицинской, промышленной и аэрокосмической электронике.
Шаг к цифровому будущему: что ждёт мир с 3D-чипами
Возможность создания чипов, объединяющих десятки гетерогенных слоёв, сулит настоящую революцию для разработчиков со всего мира. Многоуровневая структура обеспечивает не только увеличение плотности информации и скорости работы, но и новые возможности для размещения датчиков, миниатюрных вычислительных блоков и энергоэффективных механизмов на одной подложке. Гибридные микросхемы способны изменить привычные представления об ограничениях микроминиатюризации — именно такие разработки формируют электронику завтрашнего дня.
Оптимистичные прогнозы подтверждают и представители ведущих технологических университетов: многослойные чипы с интеграцией разнородных полупроводниковых материалов позволят разрабатывать системы, ранее казавшиеся невозможными. Внедрение таких микросхем ускоряет создание «умных» устройств, продвигает развитие Интернета вещей, медицину, «зеленую» энергетику и область искусственного интеллекта — а значит, приближает наступление цифрового будущего, в котором технологии открывают всё новые горизонты для каждого из нас.
Источник: biz.cnews.ru
