Egy hajszálnál is vékonyabb chip segítségével igyekeznék megkerülni a Moore-törvény korlátait.

Az utóbbi időben egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy a híres Moore-törvény, amely a mikrochipek tranzisztorszámának folyamatos növekedését jelzi, előbb-utóbb elérheti a fenntarthatatlanság határait, köszönhetően a fizikai és technológiai korlátoknak. Ennek következtében a tudósok és mérnökök folyamatosan alternatív megoldásokat keresnek. Kínai kutatók friss felfedezése szerint egy hajszálvékony chip ígérhet új utakat a technológiai fejlődésben.

Évtizedeken át a technológiai ipar egyik vezérelve volt Moore törvénye, amelyet Gordon Moore, az Intel egyik alapítója fogalmazott meg az integrált áramkörök tranzisztorszámának növekedésével kapcsolatban. Mára azonban eljutottunk oda, hogy a chipekben lévő tranzisztorok nem lehetnek sokkal kisebbek, hiszen akkor elveszítenék a stabilitásukat.

Kínai kutatók most egy új megoldást találtak. A Fudan Egyetem szakemberei egy olyan működőképes memóriachipet készítettek, amely mindössze néhány atom vastagságú, az emberi hajszálnál százezerszer vékonyabb, és a kétdimenziós anyagok igen csekély méretarányát ötvözi a mai chipgyártási technológia ismereteivel.

A szilícium alapú anyagok és a kétdimenziós (2D-s) anyagok között jelentős eltérések figyelhetők meg. Míg a szilíciumlapkák vastagsága gyakran több száz mikrométert is elérhet, addig a 2D-s félvezetők csupán néhány atomrétegnyi vastagsággal bírnak, ami kevesebb mint 1 nanométert jelent. A kutatók számára az egyik legnagyobb kihívás az volt, hogy hogyan lehet a 2D-s anyagokat hatékonyan integrálni a CMOS technológiába anélkül, hogy ezzel a teljesítményt csökkenteni kellene.

A kétdimenziós anyagok, mint például a rendkívül vékony molibdén-diszulfid vagy grafén lemezek, különleges tulajdonságokkal bírnak, hiszen hatékonyan vezetik az elektromosságot. Az elméletek szerint ezek az anyagok sokkal rugalmasabban kombinálhatók vagy egymásra helyezhetők, mint a hagyományos szilícium alapú megoldások. Azonban a CMOS áramkörökbe való integrálásuk nem mentes a kihívásoktól, ugyanis a CMOS felülete az alapvető alkatrészek miatt viszonylag érdes, míg a 2D-s félvezetők extra vékonyságukkal könnyen sérülékennyé válnak. Ezért rendkívül körültekintően kell eljárni, hogy elkerüljük a törést, amikor ezeket az innovatív anyagokat közvetlenül CMOS áramkörökre helyezzük.

"Ez olyan, mintha az űrből szemlélnénk Sanghajt. A város első ránézésre laposnak tűnik, de a belvárosban számos különböző magasságú épület emelkedik, közöttük 400 méteresek, 100 méteresek, és kisebbek is. Ha egy vékony fóliát helyeznénk a város fölé, magának a fóliának a felülete sem lenne sík" - mondta Peng Zhou, a Nature-ben publikált tanulmány társszerzője a China Daily-nek. Hozzátette, hogy ez az jelenség magyarázza, miért képesek a 2D félvezetőkkel foglalkozó kutatók csak rendkívül lapos, natív hordozókon dolgozni.

A Fundan Egyetemen ezért hogy olyan 2D-s anyagokkal kezdtek kísérletezni, amelyek eredendően bizonyos fokú rugalmassággal rendelkeznek. Egy olyan gyártási folyamatot fejlesztettek, amelyik lehetővé teszi, hogy egy 2D memóriaréteg törés nélkül tapadjon a hagyományos chip egyenetlen felületéhez. Egy meglévő CMOS áramkörre építették atomi méretű flash memóriájukat, és apró üvegcsatornákkal kötötték össze a rétegeket. Végül egy gyengéd csomagolási módszert alkalmaztak, amely az összeszerelés során megvédi a törékeny anyagot a hőtől és a statikus elektromosságtól. Ez az innovatív megközelítés lehetővé teszi a 2D-s anyagok szoros összekapcsolását a CMOS szubsztrátokkal atomi szinten.

Ez a lenyűgöző 2D flash megoldás egy igazán teljes körű megoldást kínál: egy működőképes, 1 kilobites flash chip, amely megbízhatóan üzemel. Támogatja a 8 bites utasításokat, valamint a 32 bites párhuzamos feldolgozást, és a chip teljesítményét tekintve a memóriahatékonyság eléri a 94,3%-ot. A fejlesztőcsapat állítása szerint ez az új chip gyorsabban hajt végre műveleteket, mint a piacon elérhető legújabb flash memóriák, mindezt ráadásul alacsonyabb energiafogyasztás mellett.

A Fudan Egyetem kutatói optimistán tekintenek a jövőbe, mivel úgy vélik, hogy újonnan kifejlesztett tárolóeszközeik lehetnek az első kereskedelmi forgalomba kerülő 2D-s elektronikai megoldások. A következő lépésük a kísérleti gyártósor létrehozása, amelyhez szoros együttműködést terveznek a megfelelő hatóságokkal. Célkitűzésük egy mérnöki projekt kidolgozása, amely az elkövetkező három-öt év során a megabájtos méretű integráció megvalósítására irányul. Szakértők meg vannak győződve arról, hogy a fejlesztések hozzájárulhatnak a mesterséges intelligencia által üzemeltetett rendszerek tárolási szűk keresztmetszeteinek leküzdéséhez, amelyek folyamatosan növekvő adatmennyiséggel működnek.