华盛顿科学日报，11月19日(记者刘海英)——目前，计算机处理器中使用的硅集成电路正在接近单个芯片上晶体管的最大可能密度，至少在二维阵列中是如此。摩尔定律似乎已经站不住脚了。然而，美国密歇根大学的一个研究小组发现了另一种方法，将晶体管阵列带入三维空间，并将第二层晶体管直接堆叠在最先进的硅片上。这项研究为打破摩尔定律的硅集成电路的发展铺平了道路。
摩尔定律认为集成电路中可以容纳的晶体管数量大约每两年翻一番。目前，硅集成电路的晶体管密度正在接近极限。然而，随着硅晶体管的尺寸变得越来越小，它们的工作电压也在降低，导致最先进的处理芯片可能与高压接口组件不兼容，例如触摸板和显示驱动器，它们需要在更高的电压下工作，以避免诸如错误的触摸信号或低亮度设置的影响。这需要额外的芯片来处理接口设备和处理器之间的信号转换。
为了解决上述问题，密歇根大学的研究人员通过附加器件层的单片三维集成提高了硅互补金属氧化物半导体集成电路的性能。他们首先用含锌含锡的溶液覆盖硅片，在硅片表面形成均匀的涂层，然后短暂烘烤使其干燥，重复后制成厚度约为75纳米的氧化锌锡薄膜。通过使用氧化锌锡膜制造的薄膜晶体管能够承受比下面的硅片更高的电压。
为了解决两个器件层之间的电压失配问题，研究人员采用了肖特基在顶部，欧姆在底部的接触结构。添加到触点的肖特基栅薄膜晶体管和垂直薄膜二极管具有优异的开关性能。测试表明，集成高压薄膜晶体管后，基本硅片仍能工作。
研究人员说硅集成电路在低电压(约1伏)下工作，但可以通过单片集成薄膜晶体管提供高电压处理能力，因此不需要额外的芯片。他们的新方法将氧化物电子的优点引入到单个硅晶体管中，这有利于开发更紧凑、功能更多的芯片。
相关论文发表在最新一期《自然·电子学》杂志上。
