КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) — самая распространенная ныне технология в микроэлектронике. Эти чипы применяются практически во всех электронных устройствах, от телефонов и телевизоров до спутников и медицинских приборов, и полупроводник в них всегда один — кремний. Миниатюризация электронных компонентов крайне важна для развития гибкой электроники, интеллектуальных медицинских технологий и интернета вещей, однако современные подходы к проектированию близки к своему физическому пределу.
Гораздо бóльшим потенциалом обладают гибридные КМОП-микросхемы с полупроводниками разных типов, однако до сих пор их не удавалось сделать более чем из двух слоев. В Научно-технологическом университете имени короля Абдаллы (KAUST) сумели изготовить гибридный КМОП-чип из шести слоев, о чем сообщили в Nature Electronics. На сегодня это рекордное достижение, а в перспективе оно может стать новым стандартом плотности компоновки и эффективности, открывая возможности для дальнейшей миниатюризации и повышения производительности электроники.
«Исторически полупроводниковая промышленность фокусировалась на уменьшении размеров транзисторов для повышения плотности их компоновки. Но сейчас мы приближаемся к квантово-механическому пределу, и стоимость процессов стремительно растет. Продолжение прогресса требует выхода за рамки планарного масштабирования, многообещающим решением становится вертикальное послойное размещение транзисторов», — пояснил руководивший исследованием Сяохан Ли, заведующий Лаборатории перспективных полупроводников KAUST.
Производство микросхем часто предполагает нагрев до сотен градусов, что может повредить нижние слои чипа по мере добавления новых. В разработанном в KAUST техпроцессе температура ни на одном этапе изготовления не превышает 150 °C, а большинство шагов выполняются практически при комнатной температуре.
Для конечного продукта это вышло боком: стабильная работа микросхемы гарантирована при температуре окружающей среды до 50 °C. Поэтому пока что о практическом применении новинки говорить не приходится (разве что в Арктике где-нибудь), но инженеры продолжают трудиться над усовершенствованием технологии.
Большим своим достижением они считают симметрию комплементарных транзисторов. Несмотря на то, что они из разных материалов (n-тип — оксид индия In₂O₃, и p-тип — органический полупроводник C16iDT-BT), удалось добиться сопоставимых параметров — подвижности носителей и тока насыщения, что критически важно для эффективной КМОП-логики.
«Усовершенствовав множество этапов производства, мы предлагаем готовую схему для вертикального масштабирования и увеличения функциональной плотности далеко за пределы современных ограничений», — подытожил постдокторант Сараванан Ювараджа, первый автор статьи.
Физики создали не существовавший ранее материал для квантовых технологий
Как делают чипы и где их предел в нанометрах
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram