Новая технология открыла путь к созданию вычислительных чипов с датчиками — их уже проверили сахаром

Ученые Университета штата Пенсильвания разработали новую технологию изготовления чипов — монолитную 3D-интеграцию (M3D), которая подразумевает выращивание транзисторов слой за слоем на одной подложке вместо соединения отдельных кристаллов вместе.

Методику уже опробовали, создав сверхкомпактные вычислительные чипы с датчиками. Статья об их изготовлении вышла в Nature Electronics.

M3D-интеграция все чаще рассматривается производителями микроэлектроники в качестве альтернативы традиционной технологии изготовления чипов — как способ увеличения плотности уложенных друг на друга элементов. Однако пока не предпринималось попыток ее масштабирования, особенно с использованием некремниевых материалов.

Авторы исследования разработали сенсорный вычислительный чип на основе 2D-электроники с применением интеграции M3D. Он включает более 500 хемитранзисторов (полевых транзисторов, выступающих в роли химических сенсоров) и свыше 500 мемтранзисторов (комбинаций транзистора и мемристора — основных элементов нейросетей будущего) с соединениями размером 3 мкм на расстоянии 1 мкм друг от друга.

Объединение этих элементов в один чип позволило повысить скорость работы благодаря минимизации физического расстояния между датчиками и вычислительными элементами до 50 нм.

Ключевым преимуществом разработки стало то, что выращивание кристалла происходит при температурах ниже 200 °C. Это означает, что она совместима с уже применяющимися технологическими процессами изготовления полупроводниковых устройств.

Прототип испытали в качестве системы оповещения для идентификации и классификации различных химикатов. Хемитранзисторы подвергали воздействию растворов сахара с различной концентрацией, они генерировали электрические сигналы, которые преобразовывались мемтранзисторами в аналоговые и цифровые коды.

Поскольку технология легко масштабируются, запланировано дальнейшее усложнение чипов и расширение выполняемых ими задач.