将晶体管阵列引入三维空间可以超越摩尔定律的限制吗？
随着计算机的快速发展，硅集成芯片上的晶体管正在逼近二维阵列的最大可行密度。摩尔定律提出的晶体管瓶颈问题已经成为现实。
在这样的背景下，据techxplore.com网站11月19日报道，美国密歇根大学的工程师们日前在先进的硅芯片上直接堆叠了第二层晶体管。他们认为，这样的设计可以消除对高、低电压信号转化芯片（“第二芯片”）的需求。电气工程与计算机科学副教授、项目负责人Becky Peterson说：“我们的方案可以用更小、更轻的封包获得更好的性能。”相关研究成果刊登于《自然·电子学》杂志。
随着节能和降低成本的要求越来越高，硅晶体管体积的不断缩小，它们的工作电压也随之降低（过高的电压会损坏越发小型化的晶体管）。因此，最先进的处理芯片往往与高电压的用户界面组件（如触摸板和显示驱动器）不兼容。Peterson说：“为了解决这个矛盾，我们决定将不同类型的设备与3D硅电路集成在一起。”研究人员设置的第二层晶体管可以处理更高的电压。从本质上讲，它们成为了第一层硅晶体管与外界交互的解释器。论文第一作者Youngbae Son补充说：“由此，我们可能获得一种体积更加紧凑、功能更加强大的芯片。”
研究团队决定用非晶金属氧化物覆盖硅芯片，他们将含锌和锡的溶液均匀涂覆在芯片表面，并简单烘干。通过重复该过程，Peterson等制造出了一层厚度约75纳米的锌-锡氧化物薄层。接着，他们利用薄层材料制造了薄膜晶体管。这种晶体管能够承受的电压比下层硅芯片更高。随后，Peterson等测试了底层的硅芯片，确认其仍然可以正常工作。
为了使双层芯片能够用于电路，锌-锡氧化物晶体管需要与底层的硅晶体管建立良好的通信。研究人员使用锌-锡氧化物制作了两种额外的电路元件：垂直薄膜二极管和肖特基门控晶体管。两个肖特基晶体管结合在一起形成逆变器，为硅片的低电压和其他元件的高电压构建了转换关系。二极管则可以将无线信号转换成硅片可用的直流电源。
Peterson等认为，新型晶体管阵列有望为制造超越摩尔定律的硅集成电路铺平了道路。
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编译：德克斯特
审稿：西莫
责编：张梦
期刊来源：《自然·电子学》
期刊编号：2520-1131
原文链接：
https://techxplore.com/news/2019-11-law-transistor-arrays-dimension.html
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