科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)研究人員在微芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域創(chuàng)下新紀(jì)錄，成功研制出全球首個(gè)面向大面積電子器件的6層堆疊式混合互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）芯片。此前公開報(bào)道的混合CMOS堆疊層數(shù)從未超過兩層，這一突破標(biāo)志著芯片集成密度與能效邁上新臺(tái)階，為電子設(shè)備的小型化和性能提升開辟了新方向。

CMOS芯片幾乎存在于所有電子設(shè)備中，從手機(jī)、電視到衛(wèi)星和醫(yī)療儀器。與傳統(tǒng)硅基芯片相比，混合CMOS芯片在大面積電子領(lǐng)域更具優(yōu)勢(shì)，有望在柔性電子、智慧醫(yī)療和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

長(zhǎng)期以來，半導(dǎo)體行業(yè)一直依靠縮小晶體管尺寸來提高集成密度，但已接近量子力學(xué)的極限，同時(shí)成本也在急劇上升。要繼續(xù)推進(jìn)芯片性能，必須走出平面擴(kuò)展的思路，垂直堆疊晶體管是最具潛力的方向之一。

芯片多層堆疊的最大挑戰(zhàn)在于制造溫度。常規(guī)工藝往往需要幾百攝氏度的高溫，這在添加新層時(shí)可能會(huì)損壞下層結(jié)構(gòu)。而新方法中，所有工藝步驟的溫度均未超過150℃，多數(shù)步驟甚至接近室溫完成，顯著降低了材料受損風(fēng)險(xiǎn)。

此外，層與層之間的表面必須盡可能光滑。新設(shè)計(jì)中改進(jìn)了工藝，使表面平整度優(yōu)于以往。而在垂直堆疊中，層間精確對(duì)準(zhǔn)尤為重要，研究團(tuán)隊(duì)也在這方面顯著優(yōu)化了制造流程。

在微芯片設(shè)計(jì)中，核心目標(biāo)就是在更小的空間里實(shí)現(xiàn)更高性能。此次研究通過優(yōu)化多個(gè)關(guān)鍵步驟，為垂直擴(kuò)展與功能密度的進(jìn)一步提升提供了一條可行路徑。

總編輯圈點(diǎn)

科研人員建成了全球首個(gè)擁有6層功能電路的微縮芯片“摩天大樓”，可以在同樣“占地面積”的地基上，通過加高“樓層”讓芯片容納更多晶體管，實(shí)現(xiàn)更精妙復(fù)雜的功能。一直以來，半導(dǎo)體行業(yè)致力于縮小晶體管尺寸，以在方寸之間排布更多晶體管，但這種方式已越發(fā)難以為繼。此次，科研人員改進(jìn)了制造工藝，攻克了芯片多層堆疊的兩大核心挑戰(zhàn)——溫度和平滑度，成功實(shí)現(xiàn)“平地起高樓”，為芯片進(jìn)一步提升性能開辟了新的路徑和方向。