De Wet van Moore omzeilen in de derde dimensie

Bij computerchips wordt de maximale dichtheid van transistoren op de chip steeds dichter benaderd – in elk geval in twee dimensies. Onderzoekers van de Universiteit van Michigan zijn er echter in geslaagd een tweede laag transistoren bovenop de eerste te stapelen.
De onderzoekers denken dat deze technologie bovendien het gebruik van een extra chip voor de aanpassing tussen signalen met een hoog niveau  (periferie) en signalen met een laag niveau (cores) overbodig maakt.

Wet van Moore

De Wet van Moore zegt dat de transistordichtheid op chips ongeveer elke twee jaar verdubbelt. Omdat siliciumtransistoren daarbij steeds kleiner worden, worden de voedingsspanningen ook steeds lager. Hogere spanningen leiden tot beschadiging van de minuscule transistoren. Daarom zijn de interne structuren van moderne CPU’s niet zonder meer compatibel met de signaalniveaus van de periferie. Met behulp van 3D-configuraties is echter integratie van transistoren voor verschillende signaalniveaus mogelijk, want die tweede laag transistoren kan hogere spanningen verwerken en maakt op die manier een compactere chip mogelijk.

De onderzoekers gebruikten voor de tweede laag amorf metaaloxide een ander type halfgeleider. Om de onderliggende siliciumlaag niet te beschadigen, wordt die bevochtigd met een oplossing die zink en tin bevat. Met behulp van centifugale krachten wordt een gelijkmatige deklaag verkregen. Daarna wordt de chip gedroogd.

Dit proces wordt net zo lang herhaald tot de zink/tin-laag een dikte van ongeveer 75 nm heeft. Tijdens een laatste droogproces reageren de metalen met de zuurstof uit de lucht; het resultaat is een laagje zink/tinoxide. In deze laag worden dan dunnefilm-transistoren aangebracht die hogere spanningen verdragen dan het eronder liggende silicium.

 

Tenslotte moeten beide lagen nog met elkaar worden verbonden. Daarvoor worden verticale dunnefilm-dioden en Schottky-transistoren in de zink/tin-laag aangebracht. Deze onderdelen zorgen voor de niveau-aanpassing tussen de beide lagen. Deze methode maakt het mogelijk chips te realiseren die in hogere mate zijn geïntegreerd als de wet van Moore eigenlijk zou toestaan.