НаверхATOM2CHIP: Ученые встроили 2D-материалы в обычные кремниевые чипы
Исследователи из Fudan по методу ATOM2CHIP создали рабочий чип памяти толщиной в несколько атомов — это шаг к ультратонким устройствам будущего.
Основные идеи
Мнение автора
ATOM2CHIP открывает новую эру интеграции 2D-материалов с кремнием, сочетая сверхнизкое энергопотребление и высокую плотность памяти. Это реальный шаг к промышленному применению 2D-электроники, способный ускорить развитие энергоэффективных чипов для ИИ и вычислений будущего.
Впервые учёным удалось создать полнофункциональный чип памяти с использованием двумерных материалов и интегрировать его непосредственно в обычный кремниевый кристалл. Это достижение может изменить подход к производству полупроводников в будущем. Исследование, проведённое Чунсеном Лю и его коллегами из Фуданьского университета в Шанхае, было опубликовано 9 октября в журнале Nature.
Это исследование может стать поворотным моментом для 2D-электроники, которая уже давно обещает производительность и эффективность на атомном уровне, но пока не выходит за рамки лабораторных демонстраций. Используя процесс, который команда назвала ATOM2CHIP, исследователи вырастили слой дисульфида молибдена толщиной всего в несколько атомов прямо поверх обычного кремниевого чипа КМОП размером 0,13 микрометра. В результате получился гибридный чип, сочетающий в себе массив 2D-памяти NOR Flash и стандартный контроллер CMOS, что позволяет эффективно преодолеть разрыв между экспериментальными наноматериалами и промышленным производством.
Команда Фуданьского университета сообщает о выходе 94,34 % при тестировании всего чипа — этот показатель сопоставим с коммерческим производством кремниевых чипов — и о рабочей частоте до пяти мегагерц. Каждый бит потребляет всего 0,644 пикоджоуля, что намного ниже энергопотребления современных кремниевых флеш-ячеек. Память продемонстрировала быстрое программирование и стирание за 20 наносекунд, сохранение данных в течение десяти лет и устойчивость к более чем 100 000 циклов записи.
Чтобы добиться этого, исследователям пришлось решить проблему шероховатости поверхности. Кремниевые чипы, даже после полировки, имеют неровности нанометрового масштаба, которые могут привести к разрыву или деформации атомарно тонких слоёв. Метод ATOM2CHIP основан на процессе конформной адгезии, который позволяет 2D-материалу «обтекать» контуры расположенных под ним схем, не разрываясь, а удобная для 2D-печати система упаковки защищает от тепловых и электростатических повреждений.
Не менее важной была «кроссплатформенная система разработки» — специальный интерфейс, обеспечивающий бесперебойную связь между 2D-слоем и управляющей логикой КМОП. Такая конструкция позволяет выполнять операции по командам, использовать 32-битный параллелизм и произвольный доступ, то есть создавать полнофункциональную микросхему памяти.
В своей статье авторы описывают этот результат как «важную веху на пути к применению преимуществ 2D-электроники в реальных приложениях». Последствия выходят далеко за рамки флеш-накопителей. При масштабировании такие гибридные архитектуры могут значительно снизить энергопотребление и увеличить плотность процессоров следующего поколения и процессоров для искусственного интеллекта, фактически продолжив действие закона Мура на атомном уровне. Хотя до массового производства ещё несколько лет, это самый близкий к коммерческому использованию 2D-материал.
