پژوهشگران روش جدیدی برای تولید تراشههای سهبعدی ابداع کردند
محققان با راهکاری جدید موفق به برداشتن یکی از بزرگترین موانع تولید تراشههای سهبعدی شدهاند. این فرایند نوین به آنها این امکان را میدهد که قدرت پردازشی را در فضایی ثابت افزایش دهند.
پیشرفت در تولید تراشههای سهبعدی
با کاهش سرعت کوچکسازی تراشهها، محققان به روشی جدید برای افزایش قدرت پردازش در فضایی ثابت دست یافتهاند: قرار دادن مدارهای سیلیکونی در لایههای متعدد. این فرایند جدید به آنها اجازه داده که یکی از بزرگترین چالشها در تولید تراشههای سهبعدی را برطرف کنند.
صنعت تراشهسازی به مدت دههها به یک فرمول ساده پایبند بوده است: کوچکتر کردن ترانزیستورها و قرار دادن تعداد بیشتری از آنها روی یک تراشه. این استراتژی موجب افزایش چشمگیر قدرت پردازشی شده است که در قانون مور پیشبینی شده است. اما با نزدیک شدن ابعاد قطعات به مقیاس اتمی، مهندسان با محدودیتهای فیزیکی سیلیکون و اثرات مکانیک کوانتومی مواجه شدهاند. به همین دلیل، بسیاری از پژوهشگران بر این باورند که پیشرفتهای بزرگ بعدی نه از طریق کوچکسازی بیشتر، بلکه با گسترش عمودی و ساخت تراشهها به سمت بالا امکانپذیر خواهد بود.
روش جدید محققان
به گفته ScienceDaily، پژوهشگران دانشگاه ایلینوی اربانا-شمپین (UIUC) روش جدیدی را برای همچیدگی لایههای متعدد قطعات الکترونیکی سیلیکونی بهصورت مستقیم و بدون واسطه ابداع کردهاند. این رویکرد میتواند به کاهش مصرف انرژی و افزایش قابلتوجه تراکم پردازشی و عملکرد کمک کند و همچنین پیشرفتی که طی نیم قرن گذشته محور اصلی صنعت نیمهرسانا بوده است، تمدید نماید.
فرایند ابداعی این محققان با استفاده از سیلیکون تککریستالی استاندارد به بازده تولید 98 تا 100 درصدی دست یافته است. این نتایج نشان میدهد که تکنیک معرفیشده میتواند در نهایت توسط تولیدکنندگان تجاری تراشه مورد استفاده قرار گیرد.
در حدود 60 سال گذشته، توسعه تراشهها بر اساس قانون مور ادامه یافته است. این اصل پیشبینی میکند که تراکم ترانزیستورها در مدارهای مجتمع تقریباً هر دو سال یکبار دو برابر میشود که به معنای تولید پردازندههای سریعتر و کارآمدتر است. با این حال، حفظ این روند روزبهروز دشوارتر شده است.
دیدگاهها و چالشها
محققان بیان کردهاند: «ما به محدودیتی رسیدهایم که توسط فیزیک تحمیل شده است. ترانزیستورها دیگر به اندازه واقعی کوچکتر نمیشوند، بهویژه از لحاظ فاصله گیت. این مسأله به دلیل محدودیتهایی است که خواص ذاتی مواد سیلیکونی و قوانین بنیادی مکانیک کوانتومی ایجاد میکنند. اگر میخواهیم روند افزایش قدرت پردازش در میکروپروسسورهایمان را ادامه دهیم، باید فراتر از جمع کردن قطعات بیشتر روی یک سطح فکر کنیم.»
روی همچیدن قطعات بهصورت عمودی یک جایگزین جذاب ارائه میدهد. به جای ادامه روند کوچکسازی تکتای ترانزیستورها، مهندسان میتوانند لایههای متعددی از مدارها را بر روی یکدیگر قرار دهند. فناوریهای تجاری فعلی تراشههای سهبعدی مانند حافظههای با پهنای باند بالا و تکنولوژی 3D V-Cache شرکت AMD در حال حاضر از روی همچیدن استفاده میکنند، اما معمولاً شامل ساخت قطعات نیمهرسانا روی ویفرهای جداگانه و سپس چسباندن آنها به یکدیگر میشوند. با این حال، این روشها با محدودیتهایی مواجه هستند.
تراز کردن لایهها نسبتاً دقیق نیست و اتصالات عمودی که به آنها TSV گفته میشود، دارای ابعاد نسبتاً بزرگ و تراکم پایین هستند. در این میان، رویکرد جدید محققان تغییرات قابلتوجهی را در پی داشته است. آنها بهجای اتصال ویفرهای کامل، هر لایه جدید از قطعات را بهطور مستقیم بر روی لایه قبلی میسازند. این امر امکان ایجاد اتصالات عمودی بسیار متراکمتر و فواصل بین لایهها کمتر و دقت تراز در حد نانومتر را فراهم میکند.
از سوی دیگر، بزرگترین مانع بر سر راه ادغام یکپارچه تراشهها، دما بوده است. محققان فرایندی را توسعه دادهاند که ضمن حفظ مزایای سیلیکون تککریستالی، کاملاً در محدوده مجاز حرارتی باقی میماند. یافتههای این پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.
