Kiselintegrerade kretsar, som används i datorprocessorer, närmar sig den maximala möjliga densiteten för transistorer på ett enda chip - åtminstone i tvådimensionella matriser.

Nu, ett team av ingenjörer vid University of Michigan har staplat ett andra lager av transistorer direkt ovanpå ett toppmodern kiselchip.

De föreslår att deras design kan avlägsna behovet av ett andra chip som konverterar mellan hög- och lågspänningssignaler, som för närvarande står mellan lågspänningsbehandlingschipsen och användargränssnitten med högre spänning.

"Vår strategi kan uppnå bättre prestanda i en mindre, lättare paket, "sa Becky Peterson, docent i elektroteknik och datavetenskap och projektledare.

Moores lag anser att datorkraften per dollar fördubblas ungefär vartannat år. Eftersom kiseltransistorer har krympt i storlek för att bli mer överkomliga och energieffektiva, spänningarna som de arbetar på har också sjunkit.

Högre spänningar skulle skada de alltmer små transistorerna. På grund av detta, state-of-the-art processchips är inte kompatibla med komponenter med högre spänning i användargränssnittet, som pekplattor och bildskärmsdrivrutiner. Dessa måste köras med högre spänningar för att undvika effekter som falska beröringssignaler eller för låga ljusstyrka.

"För att lösa det här problemet, vi integrerar olika typer av enheter med kiselkretsar i 3D, och dessa enheter gör att du kan göra saker som kiseltransistorerna inte kan göra, Sa Peterson.

Eftersom det andra lagret av transistorer kan hantera högre spänningar, de ger i huvudsak varje kiseltransistor sin egen tolk för att prata med omvärlden. Detta kommer runt den nuvarande avvägningen med att använda state-of-the-art processorer med ett extra chip för att konvertera signaler mellan processorn och gränssnittsenheter-eller använda en lägre processor som körs med en högre spänning.

"Detta möjliggör ett mer kompakt chip med mer funktionalitet än vad som är möjligt med bara kisel, "sa Youngbae Son, den första författaren till uppsatsen och nyligen doktorsexamen i el- och datateknik vid U-M.

Petersons team klarade detta genom att använda en annan typ av halvledare, känd som en amorf metalloxid. För att applicera detta halvledarskikt på kiselchipet utan att skada det, de täckte flisen med en lösning innehållande zink och tenn och snurrade den för att skapa en jämn päls.

Nästa, de bakade chipet kort för att torka det. De upprepade denna process för att göra ett lager zink-tennoxid med en tjocklek av 75 nanometer-ungefär en tusendel tjockleken av ett människohår. Under en sista bakning, metaller bundna till syre i luften, skapa ett lager zink-tennoxid.

Teamet använde zink-tennoxidfilmen för att göra tunnfilmstransistorer. Dessa transistorer kunde hantera högre spänningar än kislet nedanför. Sedan, laget testade det underliggande kiselchipet och bekräftade att det fortfarande fungerade.

För att göra användbara kretsar med kiselchipet, zink-tennoxidtransistorerna som behövs för att helt kommunicera med de underliggande kiseltransistorerna. Teamet uppnådde detta genom att lägga till ytterligare två kretselement med zink-tennoxiden:en vertikal tunnfilmsdiod och en Schottky-grindad transistor.

De två typerna av zink-tennoxidtransistorer är anslutna tillsammans för att skapa en växelriktare, konvertering mellan lågspänningen som används av kiselchipet och de högre spänningarna som används av andra komponenter. Dioderna användes för att omvandla trådlösa signaler till användbar likström för kiseltransistorerna.

Dessa demonstrationer banar väg mot kiselintegrerade kretsar som går utöver Moores lag, vilket ger de analoga och digitala fördelarna med oxidelektronik till enskilda kiseltransistorer.