Günümüzde bilgisayar çipleri, performanslarını artırma konusunda yer kısıtlamalarıyla karşı karşıya kalıyor. Ancak araştırmacılar, bu soruna yenilikçi bir çözüm bulmuş olabilir: Çipleri dikey olarak inşa etmek.
Bu çığır açan gelişme, 1960'larda Intel'in kurucusu Gordon Moore tarafından ortaya atılan ve her iki yılda bir işlemci üzerindeki transistör sayısının iki katına çıkacağını öngören Moore Yasası'nı uzatabilir, hatta aşabilir.
Daha fazla transistör genellikle daha yüksek işlem gücü anlamına gelir. Ancak üreticiler, transistörleri küçültmek ve çip üzerindeki alanı verimli kullanmak için yer bulmakta zorlanıyor. İşte bu noktada geliştirilen yeni teknoloji devreye giriyor.
Yapılan yeni araştırmalar, mevcut teknolojinin kullandığı silikonu kullanarak çipleri dikey olarak üst üste yığmanın bir yolunu buldu. Bu yaklaşımın, bilgi işlem yoğunluğunu ve hızı artırabileceği, aynı zamanda daha kısa bağlantılar ve gelişmiş verimlilik sayesinde enerji talebini de azaltabileceği belirtiliyor.
Bu buluşun arkasındaki araştırmacılar, günümüzde bir bit bilgiyi depolamak için tek bir düzlemde altı transistör gerektiğini ve bu durumun geniş bir alana yayılan bir yerleşim gibi olduğunu söylüyor. Dikey entegrasyon ile bu transistörlerin birden fazla kata yayılacağını ve bunun, aynı işlevi daha az alanda, katmanlar arasındaki iletişimi daha hızlı ve verimli hale getirerek gerçekleştireceğini ifade ediyorlar.
Daha önce de çip istifleme teknolojileri üzerinde çalışılmıştı, ancak en büyük sorun ısıydı. Çip üretimi için gereken yüksek sıcaklıklar (yaklaşık 1000°C) nedeniyle, ikinci bir katman eklendiğinde ilk katmanın zarar görmesi kaçınılmaz oluyordu. Katmanların ayrı ayrı üretilip daha sonra birleştirilmesi veya ısıya daha dayanıklı malzemeler kullanılması ise işlem gücünde önemli kayıplara yol açıyordu.
Ancak bu yeni araştırmada, 'monolitik entegrasyon' olarak adlandırılan ve tüm sözlerin yerine getirildiği bir yöntemle bu sorun aşıldı. Araştırmacılar, yüksek sıcaklık gerektiren işlemleri istifleme işleminden önce tamamlamak için 'birleşmesiz' (junctionless) transistörler kullandılar. Ayrıca, geleneksel levhalar yerine ultra ince ve esnek silikon nanolevhalar kullandılar. Bu nanolevhaların serilmesi, daha çok rulo sarmaya benziyor ve 200°C'nin altındaki sıcaklıklarda gerçekleştirilebiliyor.
Bu esnek nanolevhalar, alttaki yüzeye uyum sağlayarak boşluk gibi kusurları önlüyor. Aynı tek kristalli silikonun kullanılmasıyla elde edilen bu yöntem, yüksek verim sağlıyor ve araştırmacılar, bu teknolojinin ticari ölçekte uygulanabileceğine inanıyor.
Yapılan deneylerde üç katmana kadar çıkıldı ve çalışan mantık devreleri ile bellek hücreleri başarıyla entegre edildi. Bu, fikrin işe yaradığını kanıtlamak için yeterli olsa da, gelecekte katman sayısının artırılması mümkün.
Bu teknolojinin laboratuvardan üretim tesislerine taşınması için hala aşılması gereken zorluklar var. Şu anda çiplerin çalıştırılması için normalden daha yüksek voltajlar gerekiyor ve bu durumun iyileştirilmesi gerekiyor. Ancak prensipte, dikey yığınlar çiplerin daha enerji verimli olmasını sağlamalı.
Kuantum bilgisayarlar alanındaki ilerlemeler devam ederken, klasik bilgisayarlar ve işlemciler teknolojik ilerlemeyi sürdürmek ve Gordon Moore'un 1960'lardaki öngörülerini gerçekleştirmek için büyük önem taşımaya devam edecek.
Araştırmacılar, üç katmanın ötesinde daha fazla katmanın istiflenebileceğini ve bu sürecin yüksek performanslı transistörler üreteceğini belirtiyorlar. Bu çalışmanın, teknolojinin endüstriyel ortamlara aktarılması için güçlü bir temel oluşturduğuna inanıyorlar.
