В стремлении сделать электронные устройства быстрее и энергоэффективнее кремний, похоже, наконец столкнулся с достойным соперником.

Исследователи из Фуданьского университета в Шанхае представили работающий прототип, в котором атомарно тонкие материалы объединены с традиционными кремниевыми чипами. Это достижение может открыть новую эру в развитии электроники.

Под руководством профессора Чунсэня Лю команда сумела интегрировать 2D-модуль памяти толщиной всего в один атомный слой прямо на обычный кремниевый CMOS-чип. В опубликованной в журнале Nature статье описано, как их технология, получившая название Atom2Chip, преодолела хрупкость двумерных материалов, таких как монослой дисульфида молибдена (MoS₂).

Чтобы добиться такого результата, ученые разработали многоуровневый технологический процесс, позволяющий закрепить 2D-слой на неровной поверхности кремния, не повреждая его. Ультратонкий слой защищается специальной упаковкой, а универсальный интерфейс обеспечивает бесперебойную передачу данных между 2D-цепями и стандартными CMOS-компонентами.

Результатом стал 1-килобитный 2D NOR-чип флеш-памяти, который не является лабораторным макетом — он полностью функционален. Устройство работает на частоте 5 МГц, обеспечивает скорость записи и стирания всего 20 наносекунд и отличается низким энергопотреблением. По производительности и плотности записи оно уже превосходит аналогичные решения, основанные исключительно на кремнии, демонстрируя потенциал для создания более тонких, быстрых и экономичных чипов будущего.

Поскольку технологии производства кремния приближаются к физическим пределам, материалы вроде MoS₂ открывают путь к дальнейшей миниатюризации на атомном уровне. До сих пор их интеграция с кремнием оставалась сложной из-за нестабильности и несовместимости процессов. Метод, предложенный исследователями из Фуданьского университета, впервые показывает, что объединить эти технологии на практике возможно — более того, гибридный чип способен выполнять сложные операции на уровне команд.

Хотя текущий прототип ориентирован на память, та же архитектура может быть применена и для создания логических элементов или процессоров. В перспективе это может привести к появлению сверхтонких носимых устройств с длительным временем автономной работы или энергоэффективных ИИ-ускорителей, не перегревающихся даже при высокой нагрузке.