Egymásra rakódó előnyök
Kifullad lassan a mikrochipek tranzisztorszámának növekedését leíró Moore-törvény: az a megfigyelés, hogy egy chipen lévő tranzisztorok sűrűsége nagyjából kétévente megduplázódik. Egy darabig ugyanis még lehetett zsugorítani ezeket a kis áramköröket, hogy minél többet helyezzenek el belőlük ugyanakkora felületen, az anyagtulajdonságok és a kvantummechanika törvényei azonban lassan legyőzhetetlen akadályokat állítanak.
A kutatók már évek óta törik a fejüket másféle megoldáson, például a vertikális építkezésen – mintha egy zsúfolt városban felhőkarcolók váltanák fel a családi házakat, hogy többen férjenek el adott területen. Meg is születtek a 3D-chipek, melyeknél a félvezető eszközöket különálló ostyákra helyezik, majd azokat utólag összeragasztják. Ám itt is probléma adódott a méretekkel: a modern tranzisztorok csupán néhány nanométeresek, a chipösszeragasztási technológiák pontossága viszont a mikrométeres tartományban mozog, ezért más megoldást is kellett keresni.
A monolitikus háromdimenziós integráció eltérő megközelítést alkalmaz. A kész ostyák egymásra rakása helyett minden réteget közvetlenül az alatta lévőre építenek a gyártás során. Csakhogy amikor elkészül egy tranzisztorréteg, a fölé kerülő újabb rétegek gyártása általában több száz vagy akár ezer Celsius-fokon történik, és ilyenkor az alsó rétegek megsérülhetnek.
Az Illinois-i Egyetem Grainger Műszaki Karának kutatói merőben más eljárást dolgoztak ki, amelynek a kulcsa a legfeljebb 10 nanométer vastagságú szilícium nanomembrán. A kutatók áttervezték a tranzisztor architektúráját is. Mivel a szilíciumrétegek rendkívül vékonyak, a tranzisztorkapu továbbra is hatékonyan tudja szabályozni a csatornát, miközben a magas adalékkoncentráció segít csökkenteni a nem kívánt érintkezési ellenállást. Egyelőre három egymásra helyezett réteget hoztak létre, rétegenként 625 tranzisztorral, melyek kimeneti áramsűrűsége háromszor-négyszer nagyobb volt, mint ami a más eljárással gyártott monolitikus egységeken elérhető.
Egyelőre csak demonstrációról, egy tesztstruktúráról van szó; a 625 darabbal szemben egy modern lapka milliárdos nagyságrendben tartalmaz tranzisztorokat. Még számos egyéb kérdést is meg kell válaszolniuk a kutatóknak, többek között azt, hogy működik-e ugyanez teljes méretű gyártósorokon, mi történik a hőelvezetéssel sokkal több réteg esetén, mennyire lesz gazdaságos a módszer. A legnagyobb kérdés pedig talán az, hogy ez az eljárás integrálható lesz-e a TSMC-nek, az Intelnek vagy a Samsungnak, azaz a piac legnagyobb szereplőinek gyártási folyamataiba.
