Створено перший працюючий гібрид кремнію та атомарно тонких матеріалів

Дослідники з Фуданського університету в Шанхаї представили працюючий прототип, в якому атомарно тонкі матеріали поєднані з традиційними кремнієвими чипами. Це може відкрити нову епоху у розвитку електроніки.

Під керівництвом професора Чунсеня Лю команда зуміла інтегрувати 2D-модуль пам'яті завтовшки всього в один атомний шар прямо на звичайний CMOS-чип. В опублікованій у журналі Nature статті описано, як їхня технологія, що отримала назву Atom2Chip, подолала крихкість двовимірних матеріалів, таких як моношар дисульфіду молібдену (MoS₂).

Щоб досягти такого результату, вчені розробили багаторівневий технологічний процес, що дозволяє закріпити 2D-шар на нерівній поверхні кремнію, не ушкоджуючи його. Ультратонкий шар захищається спеціальною упаковкою, а універсальний інтерфейс забезпечує безперебійну передачу даних між 2D-ланцюгами та стандартними CMOS-компонентами.

Результатом став 1-кілобітний 2D NOR-чип флеш-пам'яті, який не є лабораторним макетом — він є повністю функціональним. Пристрій працює на частоті 5 МГц, забезпечує швидкість запису та стирання всього 20 наносекунд і відрізняється низьким енергоспоживанням. За продуктивністю та щільністю запису воно вже перевершує аналогічні рішення, засновані виключно на кремнії, демонструючи потенціал для створення більш тонких, швидких та економічних чипів майбутнього.

Оскільки технології виробництва кремнію наближаються до фізичних меж, матеріали на зразок MoS відкривають шлях до подальшої мініатюризації на атомному рівні. Досі їх інтеграція з кремнієм залишалася складною через нестабільність та несумісність процесів. Метод, запропонований дослідниками з університету Фуданьського, вперше показує, що об'єднати ці технології на практиці можливо — більше того, гібридний чип здатний виконувати складні операції на рівні команд.

Хоча поточний прототип орієнтований на згадку, та сама архітектура може бути застосована і для створення логічних елементів або процесорів. У перспективі це може призвести до появи надтонких пристроїв, що носяться з тривалим часом автономної роботи або енергоефективних ШІ-прискорювачів, що не перегріваються навіть при високому навантаженні.