Genombrott med atomtunna chip ger löfte om snabbare, tunnare och mer strömsnåla enheter

Ett forskarlag - under ledning av Chunsen Liu vid Fudan University i Shanghai - har skapat det första fullt fungerande 2D-CMOS-chipet någonsin, som kombinerar atomtunna 2D-minnesceller med ett traditionellt kiselchip. Denna prestation - som beskrivs i tidskriften Nature - överbryggar klyftan mellan den konceptuella potentialen hos 2D-material och deras verkliga tillämpning.

I årtionden har forskare arbetat hårt för att krympa kretsarna på kiselchip, men tekniken närmar sig nu sina fysiska gränser. 2D-material, som bara är ett enda lager av atomer tjockt, lovar en lösning på problemet, men att integrera dem med konventionella processorer har varit ett stort tekniskt hinder, med tanke på deras bräcklighet och instabilitet.

För att övervinna dessa utmaningar har teamet tagit fram en ny teknik som de kallar Atom2Chip. Denna teknik omfattar flera viktiga innovationer, bland annat en full-stack on-chip-process som gör att 2D-materialet (monolayer molybdenum disulfide) kan integreras på CMOS-chipets grova yta, och en speciell förpackning för att skydda det ömtåliga atomlagret. Forskarna utformade också ett nytt plattformsoberoende system för att säkerställa att de nya 2D-kretsarna kunde kommunicera sömlöst med den mogna CMOS-plattformen.

Resultatet är inte bara en enkel labprototyp, utan ett fullfjädrat 1-Kb 2D NOR flashminneschip som klarar komplexa, instruktionsdrivna operationer. I tester klarade chippet en klockfrekvens på 5 MHz och uppvisade snabba programmerings- och raderingshastigheter på 20 nanosekunder med låg energiförbrukning.

Detta 2D-flashchip fungerar som ett utkast till nästa generations minnesenheter, som lovar högre densitet och hög energieffektivitet. Även om demonstrationen fokuserar på datalagring kan samma metod en dag tillämpas på processorer. Sådana framsteg skulle kunna leda till snabbare, tunnare och mer energieffektiva enheter.