Když už zmenšování tranzistorů narazilo na kvantové limity, vědci z KAUST otočili strategii – a vytvořili první šestivrstvý hybridní čip. Tento průlom otevírá novou kapitolu mikroelektroniky: místo do šířky teď pokrok míří vzhůru.
Již více než půl století se v elektronice řídí Moorovým zákonem, který vede průmysl ke zmenšování velikosti tranzistorů, aby se každé dva roky zdvojnásobil výkon mikročipů. Tato snaha o dosažení nekonečně malých rozměrů však nyní naráží na nepřekonatelnou překážku: kvantový limit.
Co to znamená? Že když se vzdálenost mezi tranzistory (známé nanometry mikročipu) přiblíží velikosti pouhých několika atomů, přestanou platit zákony klasické fyziky a začnou převládat zvláštní pravidla kvantové mechaniky. V tomto malém světě mohou elektrony „tunelovat“ přes bariéry, které by je měly zadržovat, což způsobuje, že tranzistory ztrácejí schopnost spolehlivě vypínat a zapínat. Je to poslední fyzikální stěna miniaturizace.
Tváří v tvář této výzvě tým z King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) v Saúdské Arábii nejen potvrdil, že konec jedné éry je blízko, ale ukázal cestu k další. Vytvořili první šestivrstvý stohovaný hybridní integrovaný obvod, což je bezprecedentní průlom, který udává nový směr: když už nelze zmenšit prostor na mikročipu, jediným východiskem je vertikální růst. Průlom byl publikován v časopise Nature.
Související článek
„Historicky se polovodičový průmysl zaměřoval na zmenšování velikosti tranzistorů, aby se zvýšila hustota integrace. Dostáváme se však ke kvantově mechanickému limitu a náklady prudce rostou,“ vysvětluje ve svém prohlášení Xiaohang Li, vedoucí studie. Abychom dosáhli dalšího pokroku, musíme se podívat dál než jen na planární škálování; slibným řešením je vertikální stohování tranzistorů.
Dosud se nikomu nepodařilo překročit dvě vrstvy v hybridních čipech. Tým KAUST to nejen dokázal, ale zčtyřnásobil rekord a dosáhl šesti funkčních vrstev.
Dosáhnout tohoto úspěchu nebylo snadné. Skládání vrstev mikročipů je často brutální proces, který vyžaduje stastupňové teploty a poškozuje spodní vrstvy při přidávání horních. Tým KAUST vymyslel třístupňový postup. Prvním bylo zdokonalení struktury každé vrstvy, aby byla hladší než v předchozích procesech. Druhým bylo dosažení dokonalého zarovnání, čímž se zajistilo, že každé patro „mrakodrapu“ optimálně navazuje na další.
A konečně, snaha o dosažení nízké teploty. Žádný výrobní krok nepřekročil teplotu 150 °C a většina byla provedena při teplotě blízké pokojové, čímž byla zachována integrita celé sestavy.
Tato metoda je nejen úspěchem sama o sobě, ale poskytuje také plán pro vertikální škálování a zvyšování funkční hustoty daleko za současné limity. Průlom otevírá cestu k nové generaci výkonnějších, menších a účinnějších zařízení, která jsou klíčová pro flexibilní elektroniku, inteligentní zdravotnictví a internet věcí. Není to konec pokroku, ale začátek nové dimenze: vertikální.