Circuitos integrados de silicio, que se utilizan en procesadores de computadora, se acercan a la densidad máxima factible de transistores en un solo chip, al menos, en matrices bidimensionales.

Ahora, un equipo de ingenieros de la Universidad de Michigan ha apilado una segunda capa de transistores directamente encima de un chip de silicio de última generación.

Proponen que su diseño podría eliminar la necesidad de un segundo chip que convierta entre señales de alto y bajo voltaje, que actualmente se encuentra entre los chips de procesamiento de bajo voltaje y las interfaces de usuario de alto voltaje.

"Nuestro enfoque puede lograr un mejor rendimiento en un paquete más ligero, "dijo Becky Peterson, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y líder de proyectos.

La ley de Moore sostiene que la potencia de cálculo por dólar se duplica aproximadamente cada dos años. A medida que los transistores de silicio se han reducido de tamaño para ser más asequibles y eficientes energéticamente, los voltajes a los que operan también han caído.

Los voltajes más altos dañarían los transistores cada vez más pequeños. Debido a esto, Los chips de procesamiento de última generación no son compatibles con los componentes de la interfaz de usuario de mayor voltaje, como paneles táctiles y controladores de pantalla. Estos deben funcionar a voltajes más altos para evitar efectos como señales táctiles falsas o configuraciones de brillo demasiado bajas.

"Para resolver este problema, estamos integrando diferentes tipos de dispositivos con circuitos de silicio en 3-D, y esos dispositivos te permiten hacer cosas que los transistores de silicio no pueden hacer, Peterson dijo.

Debido a que la segunda capa de transistores puede manejar voltajes más altos, esencialmente dan a cada transistor de silicio su propio intérprete para hablar con el mundo exterior. Esto evita la compensación actual de usar procesadores de última generación con un chip adicional para convertir señales entre el procesador y los dispositivos de interfaz, o usar un procesador de menor calidad que funcione a un voltaje más alto.

"Esto permite un chip más compacto con más funcionalidad de lo que es posible con solo silicio, "dijo Youngbae Son, primer autor del artículo y reciente doctorado en ingeniería eléctrica e informática en la U-M.

El equipo de Peterson logró esto utilizando un tipo diferente de semiconductor, conocido como óxido de metal amorfo. Para aplicar esta capa semiconductora al chip de silicio sin dañarlo, cubrieron el chip con una solución que contenía zinc y estaño y lo hilaron para crear una capa uniforme.

Próximo, hornearon el chip brevemente para secarlo. Repitieron este proceso para hacer una capa de zinc-óxido de estaño de aproximadamente 75 nanómetros de espesor, aproximadamente una milésima parte del espesor de un cabello humano. Durante un horneado final, los metales unidos al oxígeno en el aire, creando una capa de óxido de zinc-estaño.

El equipo utilizó la película de óxido de zinc-estaño para fabricar transistores de película delgada. Estos transistores podrían manejar voltajes más altos que el silicio debajo. Luego, el equipo probó el chip de silicio subyacente y confirmó que aún funcionaba.

Para hacer circuitos útiles con el chip de silicio, los transistores de zinc-óxido de estaño necesarios para comunicarse completamente con los transistores de silicio subyacentes. El equipo logró esto agregando dos elementos de circuito más usando el óxido de zinc-estaño:un diodo de película delgada vertical y un transistor de puerta Schottky.

Los dos tipos de transistores de óxido de zinc-estaño están conectados entre sí para hacer un inversor, conversión entre el voltaje bajo usado por el chip de silicio y los voltajes más altos usados ​​por otros componentes. Los diodos se utilizaron para convertir señales inalámbricas en energía CC útil para los transistores de silicio.

Estas demostraciones allanan el camino hacia los circuitos integrados de silicio que van más allá de la ley de Moore, Llevando las ventajas analógicas y digitales de la electrónica de óxido a transistores de silicio individuales.