Circuiti integrati in silicio, utilizzati nei processori dei computer, si stanno avvicinando alla densità massima ammissibile di transistor su un singolo chip, almeno, in array bidimensionali.

Ora, un team di ingegneri dell'Università del Michigan ha impilato un secondo strato di transistor direttamente sopra un chip di silicio all'avanguardia.

Propongono che il loro design potrebbe eliminare la necessità di un secondo chip che converta tra segnali ad alta e bassa tensione, che attualmente si trova tra i chip di elaborazione a bassa tensione e le interfacce utente a più alta tensione.

"Il nostro approccio può ottenere prestazioni migliori in un piccolo, pacchetto più leggero, "ha detto Becky Peterson, professore associato di ingegneria elettrica e informatica e capo progetto.

La legge di Moore sostiene che la potenza di calcolo per dollaro raddoppia all'incirca ogni due anni. Poiché i transistor al silicio si sono ridotti di dimensioni per diventare più convenienti ed efficienti dal punto di vista energetico, anche le tensioni a cui operano sono diminuite.

Tensioni più elevate danneggerebbero i transistor sempre più piccoli. A causa di ciò, i chip di elaborazione all'avanguardia non sono compatibili con i componenti dell'interfaccia utente ad alta tensione, come touchpad e driver di visualizzazione. Questi devono funzionare a tensioni più elevate per evitare effetti come falsi segnali di tocco o impostazioni di luminosità troppo basse.

"Risolvere questo problema, stiamo integrando diversi tipi di dispositivi con circuiti in silicio in 3-D, e quei dispositivi ti permettono di fare cose che i transistor al silicio non possono fare, " ha detto Peterson.

Poiché il secondo strato di transistor può gestire tensioni più elevate, essenzialmente danno a ciascun transistor al silicio il proprio interprete per parlare con il mondo esterno. Questo aggira l'attuale compromesso dell'utilizzo di processori all'avanguardia con un chip aggiuntivo per convertire i segnali tra il processore e i dispositivi di interfaccia o l'utilizzo di un processore di qualità inferiore che funziona a una tensione più elevata.

"Ciò consente di ottenere un chip più compatto con più funzionalità di quanto è possibile con il solo silicio, " disse Youngbae figlio, primo autore dell'articolo e neolaureato in ingegneria elettrica e informatica presso U-M.

Il team di Peterson è riuscito a farlo utilizzando un diverso tipo di semiconduttore, noto come ossido di metallo amorfo. Per applicare questo strato di semiconduttore al chip di silicio senza danneggiarlo, hanno coperto il chip con una soluzione contenente zinco e stagno e lo hanno filato per creare uno strato uniforme.

Prossimo, hanno cotto brevemente il chip per asciugarlo. Hanno ripetuto questo processo per creare uno strato di zinco-stagno-ossido di circa 75 nanometri di spessore, circa un millesimo dello spessore di un capello umano. Durante un'ultima cottura, i metalli legati all'ossigeno nell'aria, creando uno strato di zinco-stagno-ossido.

Il team ha utilizzato il film di zinco-stagno-ossido per realizzare transistor a film sottile. Questi transistor potrebbero gestire tensioni più elevate rispetto al silicio sottostante. Quindi, il team ha testato il chip di silicio sottostante e ha confermato che funzionava ancora.

Per realizzare circuiti utili con il chip di silicio, i transistor zinco-stagno-ossido necessari per comunicare completamente con i transistor al silicio sottostanti. Il team ha ottenuto questo risultato aggiungendo altri due elementi circuitali utilizzando l'ossido di zinco-stagno:un diodo a film sottile verticale e un transistor Schottky-gated.

I due tipi di transistor zinco-stagno-ossido sono collegati insieme per creare un inverter, conversione tra la bassa tensione utilizzata dal chip di silicio e le tensioni più elevate utilizzate da altri componenti. I diodi sono stati utilizzati per convertire i segnali wireless in corrente continua utile per i transistor al silicio.

Queste dimostrazioni aprono la strada a circuiti integrati in silicio che vanno oltre la legge di Moore, portando i vantaggi analogici e digitali dell'elettronica ad ossido ai singoli transistor al silicio.