密歇根大学团队将晶体管阵列直接堆叠在硅芯片

用于计算机处理器的硅集成电路正在接近单芯片上晶体管的最大可行密度，至少在二维阵列中情况是这样的。现在，密歇根大学的一个工程师团队已经将第二层晶体管直接堆叠在最先进的硅芯片上。研究人员表示，他们的设计可以消除对第二个芯片的需求，该芯片可以在高低电压信号之间转换。

该项目的负责人，电气工程和计算机科学副教授贝基 · 彼得森说道：“ 我们的方法可以在一个更小、更轻的硬件中实现更好的性能。”。摩尔定律认为，每一美元所能购买到的计算能力大约每两年翻一番。随着硅晶体管体积缩小，变得更便宜，更省电，它们的工作电压也下降了。更高的电压会损坏越来越小的晶体管，因此，最先进的处理芯片与高压用户界面组件 （ 如触摸屏和显示驱动器 ） 是不兼容的。这些硬件需要更高的电压运行，以避免其正常使用受影响，如错误的接触信号或过低的亮度设置。

彼得森表示：“ 为了解决这个问题，我们正在将不同类型的设备与 3D 的硅电路集成在一起，这些设备允许你做一些硅晶体管做不到的事情。”。由于第二层晶体管可以处理更高的电压，这实际上给每个硅晶体管提供了调解器，以便与外界交流。这就避免了目前使用最先进的处理器和一个额外的芯片在处理器和接口设备之间转换信号的弊端。

该论文的第一作者，密歇根大学电子与计算机工程学博士生杨森表示：“ 这使得芯片更加紧凑，功能也比单纯使用硅芯片更加强大。”。彼得森的团队通过使用一种不同的半导体 （ 非晶态金属氧化物 ） 来实现这一目标，为了在不损坏硅芯片的情况下将这一半导体层应用到硅芯片上，他们在芯片上覆盖了一层含有锌和锡的溶液，然后将其旋转以形成一层均匀的涂层。

接下来，他们将芯片烘干并重复这个过程，在最后的烘烤过程中，金属与空气中的氧气结合，形成一层锌锡氧化物。研究小组利用氧化锌锡薄膜制作薄膜晶体管，这些晶体管可以处理比底层硅更高的电压。然后，研究小组测试了底层的硅芯片，并确认它仍然有效。为了用硅芯片制作有用的电路，锌锡氧化物晶体管需要与底层的硅晶体管完全通信。这个团队通过使用锌锡氧化物添加两个电路元件来实现这一点：一个垂直薄膜二极管和一个肖特基门控晶体管。这两种锌锡氧化物晶体管连接在一起形成一个逆变器，在硅芯片使用的低电压和其他元件使用的高电压之间进行转换。