超越摩尔定律：将晶体管阵列带入三维

 
计算机处理器中使用的硅集成电路正在接近单个芯片(至少二维阵列)中晶体管的最大可行密度。
现在，密歇根大学的一支工程师团队已经在最先进的硅芯片上直接堆叠了第二层晶体管。
他们提出，他们的设计可以消除对第二个芯片的需求，该芯片可以在高电压信号和低电压信号之间进行转换，该芯片当前位于低压处理芯片和高压用户界面之间。
电气工程与计算机科学副教授兼项目负责人贝基·彼得森说：“我们的方法可以在更小，更轻的包装中实现更好的性能。”
摩尔定律认为，每美元的计算能力大约每两年翻一番。随着硅晶体管尺寸缩小以变得更便宜和更省电，它们工作的电压也下降了。
更高的电压会损坏越来越小的晶体管。因此，最新的处理芯片与触摸板和显示驱动器等高电压用户界面组件不兼容。它们需要在更高的电压下运行，以避免诸如错误的触摸信号或过低的亮度设置之类的影响。
彼得森说：“为了解决这个问题，我们将不同类型的设备与3-D硅电路集成在一起，这些设备使您能够完成硅晶体管无法做到的事情。”
由于晶体管的第二层可以处理更高的电压，因此它们实质上为每个硅晶体管提供了自己的解释器，用于与外界对话。这可以避免当前使用最先进的处理器和额外的芯片在处理器和接口设备之间转换信号，或者使用运行在更高电压下的低级处理器的折衷。
该论文的第一作者，U-M的电气和计算机工程专业的博士研究生Youngbae Son表示：“与仅使用硅相比，这种芯片可以实现更加紧凑的芯片，并且具有更多的功能。”
彼得森(Peterson)的团队通过使用另一种称为非晶态金属氧化物的半导体来解决这一问题。为了在不损坏该半导体层的情况下将其施加到硅芯片上，他们用含锌和锡的溶液覆盖了该芯片，并对其进行了纺丝以形成均匀的涂层。
接下来，他们短暂烘烤芯片以使其干燥。他们重复此过程，制成了一层约75纳米厚的氧化锌锡层，约为人发厚度的千分之一。在最后烘烤期间，金属与空气中的氧气结合，形成一层氧化锌锡。
该团队使用氧化锌锡膜制造薄膜晶体管。这些晶体管可以承受比下方硅更高的电压。然后，该团队测试了基础硅芯片并确认它仍然可以工作。
为了使硅芯片成为有用的电路，氧化锌锡晶体管需要与下面的硅晶体管完全通信。该团队通过使用氧化锌锡添加了两个以上的电路元件来实现此目的：垂直薄膜二极管和肖特基栅极晶体管。
两种锌锡氧化物晶体管连接在一起以构成一个反相器，在硅芯片使用的低电压和其他组件使用的高电压之间进行转换。二极管用于将无线信号转换成对硅晶体管有用的直流电源。
这些演示为超越摩尔定律的硅集成电路铺平了道路，将氧化物电子产品的模拟和数字优势带到了各个硅晶体管上。