Китайские ученые создали гибридный чип на основе атомарно тонких материалов

В стремлении сделать гаджеты быстрее и эффективнее кремний, возможно, нашел своего соперника. Исследователи из Шанхайского университета Фудань разработали рабочий прототип, объединяющий атомарно тонкие материалы с традиционными кремниевыми чипами, что потенциально открывает новую эру в электронике.

Под руководством профессора Чуньсэня Лю команде удалось интегрировать мономолекулярный 2D-модуль памяти непосредственно на стандартный кремниевый КМОП-чип. Исследование, опубликованное в журнале Nature, подробно описывает, как их процесс «Atom2Chip» преодолевает хрупкость 2D-материалов, таких как монослой дисульфида молибдена (MoS₂).

Чтобы сделать интеграцию возможной, исследователи создали полный внутричиповый процесс, который присоединяет 2D-слой к неровной поверхности кремния, не повреждая его. Защитный корпус оберегает ультратонкий слой, а кроссплатформенный интерфейс обеспечивает плавную передачу данных между 2D-схемами и стандартными КМОП-компонентами.

Результатом стал 1-Кб 2D чип памяти NOR flash, который является не просто лабораторной демонстрацией — он полностью функционален. Он работает на частоте 5 МГц, достигает скорости программирования и стирания в 20 наносекунд и функционирует с низким энергопотреблением. По производительности и плотности он уже превосходит аналогичную память, созданную только на кремнии, предлагая взгляд на чипы, которые могут сделать будущие устройства тоньше, быстрее и энергоэффективнее.

Поскольку производство кремния приближается к своим физическим пределам, 2D-материалы, такие как MoS₂, предлагают атомарную точность для дальнейшей миниатюризации. Однако попытки объединить их с кремнием долгое время сдерживались нестабильностью материалов и несовместимостью процессов. Подход университета Фудань демонстрирует практическое решение — даже выполнение сложных операций, управляемых инструкциями, на гибридном чипе, который объединяет обе технологии.

Хотя этот прототип сосредоточен на памяти, та же архитектура может быть расширена на логические вентили и процессоры. В конечном итоге это может привести к созданию ультратонких носимых устройств с длительным сроком работы от батареи или AI-ускорителей, которые не перегреваются при высоких нагрузках.

Массовое производство и снижение стоимости остаются серьезными проблемами, но этот прорыв знаменует собой важный шаг на пути к «ангстремной эре» в проектировании чипов. В то время как мировые исследовательские группы соревнуются в том, чтобы сохранить закон Мура с помощью новых материалов, успех университета Фудань показывает, что следующий скачок в вычислительной технике может быть построен не только в нанометрах, но и в атомах.