Doorbraak in atomairdunne chip belooft snellere, dunnere en energiezuinigere apparaten

Een team onderzoekers - onder leiding van Chunsen Liu van de Fudan Universiteit in Shanghai - heeft de allereerste volledig functionele 2D-CMOS chip gemaakt die atomisch dunne 2D geheugencellen combineert met een traditionele silicium chip. Deze prestatie - beschreven in het tijdschrift Nature - overbrugt de kloof tussen het conceptuele potentieel van 2D-materialen en hun toepassing in de echte wereld.

Decennialang hebben wetenschappers hard gewerkt om de circuits op siliciumchips te verkleinen, maar de technologie nadert nu haar fysieke grenzen. 2D materialen, die slechts een enkele laag atomen dik zijn, beloven een oplossing voor het probleem, maar de integratie ervan met conventionele processors is een grote technische hindernis, gezien hun breekbaarheid en instabiliteit.

Om deze uitdagingen te overwinnen, bedacht het team een nieuwe technologie die ze Atom2Chip noemen. Deze technologie omvat verschillende belangrijke innovaties, waaronder een volledig on-chipproces waarmee het 2D-materiaal (monolaag molybdeendisulfide) op het ruwe oppervlak van de CMOS-chip kan worden geïntegreerd, en een speciale verpakking om de fragiele atoomlaag te beschermen. De onderzoekers ontwierpen ook een nieuw platformoverschrijdend systeem om ervoor te zorgen dat de nieuwe 2D circuits naadloos konden communiceren met het volwassen CMOS-platform.

Het resultaat is niet slechts een eenvoudig laboratoriumprototype, maar een volledig uitgeruste 1-Kb 2D NOR flashgeheugenchip die in staat is om complexe, instructiegestuurde bewerkingen uit te voeren. In tests haalde deze chip een kloksnelheid van 5 MHz en demonstreerde hij snelle programmeer- en wis-snelheden van 20 nanoseconden met een laag energieverbruik.

Deze 2D-flashchip dient als blauwdruk voor geheugenapparaten van de volgende generatie en belooft een hogere dichtheid en een hoge energie-efficiëntie. Hoewel de demonstratie zich richt op gegevensopslag, kan dezelfde aanpak ooit worden toegepast op processors. Dergelijke verbeteringen zouden kunnen leiden tot snellere, dunnere en energiezuinigere apparaten.