Los circuitos integrados de silicio, que se utilizan en procesadores de computadora, se están acercando a la densidad máxima factible de transistores en un solo chip, al menos, en matrices bidimensionales.
Ahora, un equipo de ingenieros de la Universidad de Michigan ha apilado una segunda capa de transistores directamente sobre un chip de silicio de última generación.
Proponen que su diseño podría eliminar la necesidad de un segundo chip que convierta entre señales de alto y bajo voltaje, que actualmente se encuentra entre los chips de procesamiento de bajo voltaje y las interfaces de usuario de alto voltaje.
"Nuestro enfoque puede lograr un mejor rendimiento en un paquete más pequeño y liviano", dijo Becky Peterson, profesora asociada de ingeniería eléctrica e informática y líder de proyectos.
La Ley de Moore sostiene que la potencia de cómputo por dólar se duplica aproximadamente cada dos años. A medida que los transistores de silicio se han reducido en tamaño para ser más asequibles y eficientes, los voltajes a los que operan también han caído.
Los voltajes más altos dañarían los transistores cada vez más pequeños. Debido a esto, los chips de procesamiento de última generación no son compatibles con los componentes de la interfaz de usuario de mayor voltaje, como los paneles táctiles y los controladores de pantalla. Estos necesitan funcionar a voltajes más altospara evitar efectos como señales táctiles falsas o configuraciones de brillo demasiado bajas.
"Para resolver este problema, estamos integrando diferentes tipos de dispositivos con circuitos de silicio en 3D, y esos dispositivos le permiten hacer cosas que los transistores de silicio no pueden hacer", dijo Peterson.
Debido a que la segunda capa de transistores puede manejar voltajes más altos, esencialmente le dan a cada transistor de silicio su propio intérprete para hablar con el mundo exterior. Esto evita la compensación actual del uso de procesadores de última generación con un extrachip para convertir señales entre el procesador y los dispositivos de interfaz, o usando un procesador de grado inferior que funciona a un voltaje más alto.
"Esto permite un chip más compacto con más funcionalidad de lo que es posible con solo silicio", dijo Youngbae Son, el primer autor del artículo y recién graduado de doctorado en ingeniería eléctrica e informática en la UM.
El equipo de Peterson logró esto usando un tipo diferente de semiconductor, conocido como óxido de metal amorfo. Para aplicar esta capa de semiconductor al chip de silicio sin dañarlo, cubrieron el chip con una solución que contenía zinc y estaño y lo hilaron para crearun abrigo uniforme
Luego, hornearon el chip brevemente para secarlo. Repitieron este proceso para hacer una capa de óxido de zinc-estaño de aproximadamente 75 nanómetros de grosor, aproximadamente una milésima parte del grosor de un cabello humano. Durante un horneado final, elmetales unidos al oxígeno en el aire, creando una capa de óxido de zinc-estaño.
El equipo usó la película de óxido de zinc-estaño para hacer transistores de película delgada. Estos transistores podrían manejar voltajes más altos que el silicio debajo. Luego, el equipo probó el chip de silicio subyacente y confirmó que todavía funcionaba.
Para hacer circuitos útiles con el chip de silicio, los transistores de óxido de zinc-estaño necesitaban comunicarse completamente con los transistores de silicio subyacentes. El equipo logró esto agregando dos elementos de circuito más usando el óxido de zinc-estaño: una película delgada verticaldiodo y un transistor de Schottky.
Los dos tipos de transistores de óxido de zinc-estaño se conectan entre sí para hacer un inversor, convirtiendo entre el bajo voltaje utilizado por el chip de silicio y los voltajes más altos utilizados por otros componentes. Los diodos se utilizaron para convertir señales inalámbricas en CC útilpotencia para los transistores de silicio.
Estas demostraciones allanan el camino hacia circuitos integrados de silicio que van más allá de la ley de Moore, trayendo las ventajas analógicas y digitales de la electrónica de óxido a los transistores de silicio individuales.
El estudio fue financiado por un Premio de la Facultad Joven de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa.
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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