Следуя закону Мура: учёные из США создали монолитный 3D-чип из сверхтонких кремниевых мембран
Исследователи из Инженерного колледжа Грейнджера Иллинойсского университета (University of Illinois Grainger College of Engineering) разработали и создали рабочий прототип трёхмерного чипа, который позволяет обойти температурные ограничения, долгое время препятствовавшие развитию вертикальной интеграции полупроводников. Вместо традиционного нагрева до 1000 °C они использовали перенос сверхтонких монокристаллических кремниевых мембран при температуре не выше 200 °C.
Монолитная архитектура на основе мембран
Учёные предложили строить кремниевые микросхемы не только в горизонтальной плоскости, а последовательно наращивать их вверх, слой за слоем. Их подход ближе к монолитной трёхмерной интеграции, чем к совмещению отдельных кристаллов: новые транзисторные уровни создаются прямо поверх уже готовых нижних схем, а не изготавливаются отдельно и затем соединяются как в обычных 3D-сборках. Для этого команда использовала сверхтонкие раздельные мембраны монокристаллического кремния толщиной 10 нм или меньше. Эти мембраны переносились с донорной пластины на подложку с уже готовой схемой при помощи роликового ламинатора, а прочное соединение получалось при температуре, не превышающей 200 °C.
Сохранение стандартного кремния и отказ от высоких температур
Главный барьер для всех подобных технологий — это температура производственных процессов. Качественные кремниевые транзисторы обычно требуют отжига примерно при 1000 °C, но после изготовления первого слоя на кристалле уже есть металлическая разводка, которую такие температуры разрушают. В промышленности для последующих слоёв обычно устанавливают предел около 400 °C. Команда из Иллинойса обошла это ограничение, сохранив именно стандартный монокристаллический кремний, а не заменив верхние слои на поликристаллический кремний, аморфные оксиды, углеродные нанотрубки или 2D-полупроводники. Подобные альтернативы давно изучаются, но часто проигрывают обычному кремнию по стабильности, количеству дефектов и характеристикам. Кроме того, исследователям пришлось изменить конструкцию транзисторов: вместо обычного легирования отдельных областей, требующего температур выше 600 °C, они использовали «безпереходные» транзисторы, когда тонкая кремниевая мембрана работает как единый канал.
Контекст
- Биткоин: $73935 (24ч: 0.1%)
- Ethereum: $2024.8 (24ч: 0.0%)