Прорив у створенні атомно-тонких чіпів обіцяє швидші, тонші та енергоефективніші пристрої

Команда дослідників на чолі з Чунсеном Лю (Chunsen Liu) з Університету Фудань у Шанхаї створила перший у світі повністю функціональний чіп 2D-CMOS, який поєднує атомарно тонкі 2D-комірки пам’яті з традиційним кремнієвим чіпом. Це досягнення, детально описане в журналі Nature, долає розрив між концептуальним потенціалом 2D-матеріалів та їхнім застосуванням у реальному світі.

Протягом десятиліть вчені наполегливо працювали над зменшенням розмірів схем на кремнієвих чіпах, але технологія зараз наближається до своїх фізичних меж. 2D-матеріали, які мають товщину лише в один шар атомів, обіцяють розв'язання цієї проблеми, але їх інтеграція зі звичайними процесорами була головною інженерною перешкодою, враховуючи їхню крихкість і нестабільність.

Щоб подолати ці проблеми, команда розробила нову технологію, яку назвали Atom2Chip. Ця технологія включає кілька ключових інновацій, зокрема повностековий процес на кристалі (full-stack on-chip process), який дозволяє інтегрувати 2D-матеріал (моношаровий дисульфід молібдену) на шорстку поверхню CMOS-чіпа, а також спеціальне пакування для захисту крихкого атомарного шару. Дослідники також розробили нову міжплатформну систему, щоб забезпечити безперебійний зв'язок нових 2D-схем зі зрілою CMOS-платформою.

Результатом є не просто лабораторний прототип, а повнофункціональний чіп 2D NOR флешпам'яті на 1 Кбіт, здатний виконувати складні операції, керовані інструкціями. Під час випробувань цей чіп досяг тактової частоти 5 МГц і продемонстрував швидке програмування та стирання даних — 20 наносекунд — при низькому споживанні енергії.

Цей 2D флеш чіп служить проєктом для пристроїв пам’яті наступного покоління, обіцяючи вищу щільність і високу енергоефективність. Хоча демонстрація зосереджена на зберіганні даних, той самий підхід одного дня може бути застосований і до процесорів. Такі досягнення можуть призвести до створення швидших, тонших та більш енергоефективних пристроїв.