可扩展3D芯片：实现高速互连

来自 实验室仪器网

研究人员开发出一种技术，可以制造多层芯片，其中交替生长的高质量半导体材料层直接堆叠在彼此之上。该研究成果发表在《自然》杂志上。电子行业正在接近将晶体管集成到单个芯片表面的极限。为了解决这个问题，芯片制造商正在探索垂直堆叠，而不是进一步缩小组件。这种方法涉及将晶体管和半导体元件的多个表面分层，类似于将单层建筑变成高层建筑。这种多层芯片可以处理更复杂的任务，并且处理的数据量比当前设计大得多。

堆叠芯片的一大挑战在于依赖硅晶片作为构建半导体的平台。在传统设计中，每一层都需要厚厚的硅基板，这会减慢芯片各功能层之间的通信速度。

麻省理工学院的工程师们通过一种多层芯片设计解决了这一难题，这种芯片在足够低的温度下运行，可以保留底层电路，同时无需硅晶片基板。这种新技术可以直接在彼此之上生长高性能半导体层。

这种方法不再依赖大型硅片，而是允许工程师在各种晶体表面上构建晶体管、内存和逻辑元件。去除厚硅基板可使半导体层彼此更接近，从而改善层间通信并提高计算性能。

研究人员表示，该技术可以实现先进的人工智能硬件，例如用于笔记本电脑或可穿戴设备的堆叠芯片，其性能可与现代超级计算机相媲美，数据存储能力与数据中心类似。

这一突破为半导体行业带来了巨大的潜力，使芯片能够不受传统限制地堆叠。这可能会使人工智能、逻辑和内存等应用的计算能力大幅提升。

科研团队的目标是在已经制作了晶体管电路的硅晶片上直接生长单晶TMD。他们使用与之前工作类似的二氧化硅掩模，发现沉积在每个口袋边缘的TMD种子在低至380℃的温度下生长成单晶材料。相比之下，沉积在中心的种子需要更高的温度才能形成单晶。

为了推进他们的工作，研究人员开发了一种方法来创建一种多层芯片，该芯片具有两种不同TMD的交替层：适用于p型晶体管的二硒化钨和适用于n型晶体管的二硫化钼。p型和n型晶体管是逻辑运算的基本构件。

在没有中间硅片的情况下，该团队成功地将两种材料直接叠放在一起，形成单晶。这项技术可以使芯片的半导体元件密度翻倍，尤其是互补金属氧化物半导体(CMOS)，它们是现代逻辑电路不可或缺的一部分。

通过技术实现的产品不仅是3D逻辑芯片，而且是3D存储器及其组合。借助我们基于生长的单片3D方法，您可以在彼此的顶部生长数十到数百个逻辑层和存储器层，并且它们能够很好地通信。

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