La industria electrónica se está acercando al límite de transistores que se pueden colocar en la superficie de un chip de computadora, por lo que los fabricantes de chips buscan aumentarlos en lugar de eliminarlos. En base a esto, un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) ha presentado un diseño de chip multicapa que no requiere ningún sustrato de oblea de silicio y funciona a temperaturas lo suficientemente bajas para preservar los circuitos de la capa subyacente. Esto permitiría un hardware de inteligencia artificial (IA) más eficiente.
En lugar de comprimir transistores cada vez más pequeños en una única superficie, la industria pretende apilar múltiples superficies de transistores y elementos semiconductores. Estos chips multicapa podrían manejar exponencialmente más datos y llevar a cabo funciones mucho más complejas que los dispositivos electrónicos actuales.
El MIT ha desarrollado un nuevo método para fabricar un chip multicapa con capas alternas de material semiconductor de alta calidad cultivadas directamente una sobre otra. El método permite a los ingenieros construir transistores de alto rendimiento y elementos de memoria y lógica sobre cualquier superficie cristalina aleatoria, no solo sobre el voluminoso armazón cristalino de las obleas de silicio. Sin estos gruesos sustratos de silicio, múltiples capas semiconductoras pueden estar en contacto más directo, lo que conduce a una comunicación y computación mejores y más rápidas entre capas.
Los investigadores imaginan que el método podría usarse para construir hardware de inteligencia artificial (IA), en forma de chips apilados para computadoras portátiles o dispositivos portátiles, que serían tan rápidos y potentes como las supercomputadoras actuales, y podrían almacenar enormes cantidades de datos a la par de los centros de datos físicos.
Crecimiento de materiales monocristalinos en 2D
El nuevo método tiene la capacidad de hacer crecer materiales monocristalinos en 2D a temperaturas lo suficientemente bajas como para preservar cualquier circuito subyacente. Para ello, utilizaron la metalurgia, la ciencia y el oficio de la producción de metales. Cuando los metalúrgicos vierten metal fundido en un molde, el líquido se nuclea lentamente, o forma granos que crecen y se fusionan en un cristal con un patrón regular que se endurece hasta alcanzar una forma sólida. Los metalúrgicos han descubierto que esta nucleación ocurre más fácilmente en los bordes de un molde en el que se vierte el metal líquido.
El equipo intentó cultivar dicalcogenuros de metales de transición (TMD) monocristalinos en una oblea de silicio que ya había sido fabricada con circuitos de transistores. Primero cubrieron el circuito con una máscara de dióxido de silicio. Posteriormente, depositaron ‘semillas’ de TMD en los bordes de cada una de las cavidades de la máscara y descubrieron que estas semillas de los bordes crecían hasta convertirse en material monocristalino a temperaturas tan bajas como 380ºC, en comparación con las semillas que comenzaron a crecer en el centro, lejos de los bordes de cada cavidad, lo que requirió temperaturas más altas para formar material monocristalino.
Los investigadores utilizaron el nuevo método para fabricar un chip multicapa con capas alternas de dos TMD diferentes: disulfuro de molibdeno, un candidato prometedor para fabricar transistores de tipo n, y diseleniuro de tungsteno, un material que tiene potencial para convertirse en transistores de tipo p. Tanto los transistores de tipo p como los de tipo n son los bloques de construcción electrónicos para llevar a cabo cualquier operación lógica. El equipo pudo cultivar ambos materiales en forma monocristalina, directamente uno sobre el otro, sin necesidad de obleas de silicio intermedias.
Según los investigadores, este método duplicará efectivamente la densidad de los elementos semiconductores de un chip y, en particular, el semiconductor de óxido metálico (CMOS), que es un bloque de construcción básico de un circuito lógico moderno.
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