Die neue Chiptechnologie des MIT könnte energieeffiziente Elektronik revolutionieren

Pionierwissenschaftlern des MIT ist vor kurzem ein bedeutender Durchbruch gelungen, der die Voraussetzungen für eine neue Ära der supereffizienten Elektronik schaffen könnte. Durch eine neuartige Herstellungstechnik ist es den Forschern gelungen, funktionale Komponenten direkt auf einem bestehenden Schaltkreis aufzubauen und damit die Art und Weise zu revolutionieren, wie Mikrochips entworfen und gebaut werden. Indem sie Transistoren und Speicher in einem vertikalen Stapel auf einem Chip anordnen, haben sie die Energie- und Effizienzbarrieren überwunden, mit denen herkömmliche Halbleiterchips zu kämpfen haben.

Ultra-effiziente Chips schaffen

Bei herkömmlichen Chipdesigns kann die Kommunikation zwischen Logikbausteinen wie Transistoren und Speicherkomponenten viel Energie verbrauchen und die Leistung beeinträchtigen, da die Daten hin und her transportiert werden müssen. Dieses innovative Verfahren des MIT soll dieses Problem lösen. Indem diese Komponenten in einem einzigen kompakten vertikalen Stapel untergebracht werden, wird die Strecke, die die Daten zurücklegen müssen, erheblich minimiert, was zu einer höheren Rechengeschwindigkeit und einem geringeren Energieverlust führt.

Das Geheimnis hinter dieser bahnbrechenden Innovation liegt in einem präzise entwickelten Material und einem detaillierten Herstellungsprozess, der Defekte minimiert. Das Ergebnis sind winzige und dennoch leistungsstarke Transistoren mit integriertem Speicher, die aus einem neuen Material - amorphem Indiumoxid - mit einzigartigen elektrischen Eigenschaften hergestellt werden. Darüber hinaus gewährleistet das Niedrigtemperaturverfahren, mit dem eine 2 Nanometer dicke Indiumoxidschicht erzeugt wird, dass die bereits vorhandenen Schaltkreise auf dem Chip intakt bleiben.

Auf dem Weg zu einer neuen Generation von Elektronik

Mit dem direkt in diese neu entwickelten Transistoren integrierten Speicher und der Einführung einer Schicht aus ferroelektrischem Hafnium-Zirkonium-Oxid ist es den Forschern gelungen, Speichertransistoren mit einer Größe von nur 20 Nanometern zu schaffen. Diese Bauelemente sind nicht nur blitzschnell mit Schaltgeschwindigkeiten von 10 Nanosekunden, sie benötigen auch deutlich weniger Spannung, was zu einer noch stärkeren Verringerung des Stromverbrauchs führt.

Eines der herausragenden Merkmale dieser neuen Chip-Architektur ist die Umkehrung der traditionellen Methode. Durch das Stapeln aktiver Komponenten auf der Rückseite des Chips statt auf der Vorderseite haben die MIT-Forscher die Energieeffizienz erheblich verbessert. Wie Yanjie Shao, der MIT-Postdoktorand, der das Projekt leitet, erklärt, könnte diese einzigartige Plattform der Schlüssel für künftige datenintensive Anwendungen wie KI und Deep Learning sein, und das alles ohne untragbare Energiebelastung.

Planung für die Zukunft

Auf dem Weg in die Zukunft sind die Forscher bestrebt, die Leistung ihrer Transistoren weiter zu verbessern, die Eigenschaften von ferroelektrischem Hafnium-Zirkonium-Oxid fein abzustimmen und schließlich Speichertransistoren auf einem einzigen Chip zu integrieren. Das ultimative Ziel ist die Entwicklung einer vielseitigen Elektronikplattform, die eine hohe Energieeffizienz mit mehreren Funktionen kombiniert, und das alles bei einer unglaublich kleinen Baugröße, die die Elektroniklandschaft verändern könnte.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das engagierte Team des MIT zusammen mit Mitarbeitern der University of Waterloo und Samsung Electronics uns einen Blick in die Zukunft zeigt - eine Zukunft, in der ultraeffiziente Mikrochips hohe Leistungen ohne großen Energiebedarf erbringen können. Alle Augen werden auf dieses ehrgeizige Unterfangen gerichtet sein, das unsere technologische Landschaft neu definieren wird.

Der ursprüngliche Artikel kann über diesen Link aufgerufen werden Link.

Die Semiconductor Research Corporation (SRC) und Intel haben diese Forschung teilweise gesponsert. Die Herstellung erfolgte in den Microsystems Technology Laboratories des MIT und den MIT.nano-Einrichtungen.