电子堆叠时代不错成倍加多芯片上的晶体管数目，从而杀青更高效的东说念主工智能硬件。

面前，电子工业正在接近计较机芯片名义所能容纳的晶体管数目的极限。因此，芯片制造商正在寻求开拓而不是向外发展。

该行业的主义不是将越来越小的晶体管挤在一个名义上，而是将晶体管和半导体元件的多个名义堆叠起来 —— 访佛于将牧场平房变成高层建筑。与今天的电子居品比拟，这种多层芯片不错处理指数级增长的数据，并履行好多更复杂的功能。

相关词，一个迫切的终结是芯片的构建平台。今天，远程的硅晶片是高质地单晶半导体元件滋长的主要支架。任何可堆叠的芯片都必须包括厚硅“地板”看成每一层的一部分，这降速了功能半导体层之间的任何通讯。

当今，麻省理工学院的工程师们已经找到了一种绕过这个终结的按序，他们策画了一种多层芯片，这种芯片不需要任何硅晶圆衬底，而且在富余低的温度下职责，以保留底层的电路。

在今天发表在《当然》杂志上的一项商讨中，该团队施展说，他们使用这种新按序制造了一种多层芯片，这种芯片是由高质地的半导体材料层互相轮流滋长而成的。

这种按序使工程师们概况在职何立时的晶体名义上构建高性能晶体管、存储器和逻辑元件，而不单是是在巨大的硅片晶体支架上。商讨东说念主员说，莫得这些厚硅衬底，多个半导体层不错更凯旋地战役，从而在层之间杀青更好更快的通讯和计较。

商讨东说念主员设念念，这种按序不错用于构建东说念主工智能硬件，以堆叠芯片的花式用于条记本电脑或可穿着设备，这将与今天的超等计较机雷同快速和刚劲，并不错存储与物理数据中心荒谬的大量数据。

“这一窒碍为半导体行业开辟了巨大的后劲，允许芯片在莫得传统为止的情况下堆叠，”商讨作家、麻省理工学院机械工程副教师Jeehwan Kim说。“这可能会导致东说念主工智能、逻辑和内存诓骗的计较能力获取数目级的擢升。”

该商讨的麻省理工学院共同作家包括第一作家Ki Seok Kim， Seunghwan Seo, Doyoon Lee, Jung-El Ryu, Jekyung Kim, Jun Min Suh, June-chul Shin, Min- kyu Song， Jin Feng和Sangho Lee，以及来自三星先进时代学院，韩国成均馆大学和德克萨斯大学达拉斯分校的配合者。

种子的口袋

2023年，Kim的团队施展说，他们开发了一种在非晶名义上滋长高质地半导体材料的按序，访佛于制品芯片上半导体电路的不同地形。他们培育的材料是一种被称为过渡金属二硫族化合物（TMDs）的二维材料，被觉得是硅的一个有但愿的继任者，不错制造更小、高性能的晶体管。这种二维材料即使在小到单个原子的程序上也能保抓其半导体特点，而硅的性能却急剧下落。

在之前的职责中，该团队在具有非晶体涂层的硅芯片上以及现存的TMD上滋长了TMD。为了使原子罗列成高质地的单晶花式，而不是无序无序的多晶花式，Kim和他的共事们当先在硅片上遮掩一层相配薄的二氧化硅薄膜，或称“掩膜”，在上头画上渺小的启齿或口袋。然后，他们在面罩上注入一种原子气体，发现原子以“种子”的花式插足了口袋。这些口袋为止种子以章程的单晶模式滋长。

但在其时，这种按序只可在900摄氏度傍边职责。

“你必须在低于400摄氏度的温度下滋长这种单晶材料，不然底层电路就会透顶烧坏，”Kim说。“是以，咱们的功课是，咱们必须在低于400摄氏度的温度下作念访佛的时代。若是咱们能作念到这少量，影响将是巨大的。”

开拓

在他们的新职责中，Kim和他的共事们但愿对他们的按序进行微调，以便在富余低的温度下滋长单晶二维材料，以保留任何潜在的电路。他们在冶金学 —— 金属分娩的科学和工艺 —— 中找到了一个令东说念主讶异的浅近科罚决策。当冶金学家将熔融金属倒入模具时，液体缓缓地“成核”，即酿成颗粒，滋长并归并成有轨则的晶体，然后硬化成固体花式。冶金学家发现，这种形核最容易发生在浇注液态金属的模具旯旮。

“已知在旯旮成核需要较少的能量和热量，”Kim说。“是以咱们从冶金学中模仿了这一意见，用于改日的东说念主工智能硬件。”

该团队但愿在已经用晶体管电路制造的硅片上滋长单晶TMD。他们当先用二氧化硅的掩膜遮掩电路，就像他们之前的职责雷同。然后，他们将TMD的“种子”千里积在面具每个口袋的旯旮，发现这些旯旮种子在低至380摄氏度的温度下滋长成单晶材料，而种子运转滋长在隔离每个口袋旯旮的中心，这需要更高的温度才能酿成单晶材料。

更进一步，商讨东说念主员使用新按序制造了一个多层芯片，其中两种不同的TMD轮流层-二硫化钼，一种制造n型晶体管的有前途的候选材料；二硒化钨，一种有后劲制成p型晶体管的材料。p型和n型晶体管都是履行任何逻辑操作的电子构件。该团队概况以单晶花式耕作这两种材料，凯旋在相互的顶部，而不需要任何中间硅片。Kim说，这种按序将灵验地使芯片半导体元件的密度加多一倍，尽头是金属氧化物半导体（CMOS），这是当代逻辑电路的基本构成部分。

“通过咱们的时代杀青的居品不仅是3D逻辑芯片，而且是3D存储器过火组合，”Kim说。“通过咱们基于增长的单片3D按序，你不错在相互之上增长数十到数百个逻辑和存储层，而且它们概况很好地通讯。”

第一作家kisseok Kim补充说：“传统的3D芯片是用硅片制造的，通过在硅片上钻孔，这也曾过为止了堆叠层的数目、垂直对都分袂率和产量。”“咱们以增长为基础的按序一次性科罚了所有这些问题。”

为了进一步杀青可堆叠芯片策画的营业化，Kim最近成立了一家名为FS2（Future Semiconductor 2D materials）的公司。

他说：“到面前为止，咱们展示了一个小限制设备阵列的意见。下一步是扩大限制，展示专科的东说念主工智能芯片操作。”

这项商讨获取了三星先进时代商讨所和好意思国空军科学商讨办公室的部分支撑手机赌钱。