Исследователи из Института Фердинанда Брауна (Ferdinand Braun Institut, FBH) в Берлине и исследовательского института Innovations for High Performance Microelectronics (IHP) во Франкфурте сумели объединить две технологии изготовления различных видов полупроводников на одном кристалле чипа. Комбинация кремниевых полупроводниковых элементов и элементов из фосфида индия позволяет обеспечить работу логических микросхем, в том числе и микропроцессоров, на терагерцовых тактовых частотах. При этом, для производства таких кристаллов чипов не требуется коренная перестройка существующих технологических производств.
Новые высокопроизводительные чипы созданные на основе новой гибридной полупроводниковой технологии могут стать основой систем, требующих огромной вычислительной мощности, таких как суперкомпьютерные системы, системы обработки визуальной информации, медицинских систем, технологий безопасности и новых сверхширокополосных систем мобильной связи.
«Наш энтузиазм подстегивало то, что, несмотря на все предыдущие попытки, никому еще не удавалось создать надежного «интерфейса» между двумя совершенно различными технологиями полупроводников» — рассказал Вольфганг Хайнрих (Wolfgang Heinrich), ученый из института FBH, который проводил эти исследования совместно с Берндом Тиллэком (Bernd Tillack), ученым из института IHP. — «Нам удалось успешно совместить оба технологических процесса в единое целое, притом мы сделали это настолько безукоризненно, что созданные полупроводниковые схемы работают на таких тактовых частотах, о которых ранее только можно было мечтать».
Обычные чипы, изготовленные по кремниевой технологии CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), обладают одним существенным недостатком. Когда тактовые частоты их работы начинают приближаться к отметке 100 ГГц, порог напряжения пробоя полупроводников резко снижается, что накладывает ограничения на рабочее напряжение чипов и выходную мощность сигналов. Для преодоления этого ограничения команды институтов IHP и FBH объединили стандартные кремниевые полупроводниковые цепи, изготовленные по технологии CMOS со слоями фосфида индия, в результате чего получились сложные многослойные структуры. Но фосфид индия сыграл роль своеобразного изолятора, сильно поднявшего порог напряжения пробоя, и это позволило получить высокую мощность выходных сигналов на высокой тактовой частоте работы чипа.
Для того, что бы заставить работать гибридную полупроводниковую технологию исследователям пришлось прибегнуть к нескольким технологическим уловкам. Во-первых, им пришлось слить воедино две среды программного обеспечения компьютерного проектирования, которые учитывают особенности каждой из составляющих частей гибридной технологии. Во-вторых, исследователям пришлось обеспечить очень высокую точность изготовления элементов полупроводниковых чипов, которые должны были быть воспроизведены с точностью не менее 10 нм.
Поскольку в гибридной технологии за основу была взята стандартная CMOS-технология, то чипы будут изготавливаться на существующем оборудовании, а затраты на их производство будут находиться на уровне затрат на производство обычных кремниевых чипов, определяющих стоимость современной электроники. Следующими шагами, которые намерены сделать германские исследователи, будет поиск решений, позволяющий стабилизировать производственный процесс для получения еще большей точности изготовления, и оптимизировать строение полупроводниковых компонентов, элементов и цепей, делая их подходящими для новых технологических производственных процессов.
