密歇根大學(xué)團(tuán)隊(duì)將晶體管陣列直接堆疊在硅芯片

用于計(jì)算機(jī)處理器的硅集成電路正在接近單芯片上晶體管的最大可行密度，至少在二維陣列中情況是這樣的?，F(xiàn)在，密歇根大學(xué)的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將第二層晶體管直接堆疊在最先進(jìn)的硅芯片上。研究人員表示，他們的設(shè)計(jì)可以消除對(duì)第二個(gè)芯片的需求，該芯片可以在高低電壓信號(hào)之間轉(zhuǎn)換。

該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)副教授貝基 · 彼得森說(shuō)道：“ 我們的方法可以在一個(gè)更小、更輕的硬件中實(shí)現(xiàn)更好的性能?！?。摩爾定律認(rèn)為，每一美元所能購(gòu)買(mǎi)到的計(jì)算能力大約每?jī)赡攴环ｋS著硅晶體管體積縮小，變得更便宜，更省電，它們的工作電壓也下降了。更高的電壓會(huì)損壞越來(lái)越小的晶體管，因此，最先進(jìn)的處理芯片與高壓用戶界面組件 （ 如觸摸屏和顯示驅(qū)動(dòng)器 ） 是不兼容的。這些硬件需要更高的電壓運(yùn)行，以避免其正常使用受影響，如錯(cuò)誤的接觸信號(hào)或過(guò)低的亮度設(shè)置。

彼得森表示：“ 為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們正在將不同類型的設(shè)備與 3D 的硅電路集成在一起，這些設(shè)備允許你做一些硅晶體管做不到的事情?！薄Ｓ捎诘诙泳w管可以處理更高的電壓，這實(shí)際上給每個(gè)硅晶體管提供了調(diào)解器，以便與外界交流。這就避免了目前使用最先進(jìn)的處理器和一個(gè)額外的芯片在處理器和接口設(shè)備之間轉(zhuǎn)換信號(hào)的弊端。

該論文的第一作者，密歇根大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)博士生楊森表示：“ 這使得芯片更加緊湊，功能也比單純使用硅芯片更加強(qiáng)大?！?。彼得森的團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用一種不同的半導(dǎo)體 （ 非晶態(tài)金屬氧化物 ） 來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，為了在不損壞硅芯片的情況下將這一半導(dǎo)體層應(yīng)用到硅芯片上，他們?cè)谛酒细采w了一層含有鋅和錫的溶液，然后將其旋轉(zhuǎn)以形成一層均勻的涂層。

接下來(lái)，他們將芯片烘干并重復(fù)這個(gè)過(guò)程，在最后的烘烤過(guò)程中，金屬與空氣中的氧氣結(jié)合，形成一層鋅錫氧化物。研究小組利用氧化鋅錫薄膜制作薄膜晶體管，這些晶體管可以處理比底層硅更高的電壓。然后，研究小組測(cè)試了底層的硅芯片，并確認(rèn)它仍然有效。為了用硅芯片制作有用的電路，鋅錫氧化物晶體管需要與底層的硅晶體管完全通信。這個(gè)團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用鋅錫氧化物添加兩個(gè)電路元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：一個(gè)垂直薄膜二極管和一個(gè)肖特基門(mén)控晶體管。這兩種鋅錫氧化物晶體管連接在一起形成一個(gè)逆變器，在硅芯片使用的低電壓和其他元件使用的高電壓之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。