De decenii, progresul electronic a urmat o regulă simplă: mai mic înseamnă mai bine. De la anii '60, fiecare nouă generație de cipuri a împachetat mai mulți tranzistori într-un spațiu mai mic, respectând celebra lege a lui Moore. Formulată de cofondatorul Intel, Gordon Moore, în 1965, legea prezicea că numărul componentelor dintr-un microcip se va dubla aproximativ în fiecare an. Însă, cursa spre miniaturizare atinge limite fizice. Acum, o echipă internațională de oameni de știință propune o soluție revoluționară: dacă nu putem continua să micșorăm cipuri, le vom construi în sus.

Oamenii de știință au proiectat un cip cu 41 de straturi verticale de semiconductori și materiale izolatoare, fiind de aproximativ zece ori mai înalt decât oricare altul fabricat anterior. Lucrarea, publicată recent în revista Nature, nu reprezintă doar un punct de reper tehnic, ci deschide ușa către o nouă generație de dispozitive electronice flexibile, eficiente și sustenabile.

\"Având șase sau mai multe straturi de tranzistori stivuite vertical ne permite să creștem densitatea circuitelor fără a face dispozitivele mai mici lateral\", explică Li, unul dintre cercetători. \"Cu șase straturi, putem integra cu 600% mai multe funcții logice în aceeași zonă comparativ cu un singur strat, obținând performanțe mai mari și un consum de energie mai mic.\"

Legea lui Moore a început să se clatine atunci când producătorii de cipuri s-au lovit de legile fizicii. Tranzistorii actuali au doar câțiva nanometri lățime, atât de mici încât efectele cuantice încep să le interfereze funcționarea. \"Legea lui Moore atinge limitele fizice în microelectronica tradițională pe bază de siliciu, dar inovația continuă în direcții noi. În loc să continuăm să micșorăm tranzistorii, explorăm noi materiale, noi arhitecturi și noi posibilități, cum ar fi stivuirea\", adaugă Li.

Turnuri de tranzistori

Pentru a înțelege provocarea tehnică cu care s-a confruntat echipa, Li folosește o metaforă arhitecturală: \"Gândiți-vă la fiecare strat de tranzistori ca la etajul unui zgârie-nori. Dacă un etaj este neregulat, întregul edificiu devine instabil.\" Cheia succesului experimentului a fost stăpânirea a ceea ce ei numesc \"rugozitatea interfeței\": orice mică imperfecțiune între straturi poate întrerupe fluxul de electroni și poate reduce drastic performanța cipului.

Progresul fundamental a constat în dezvoltarea unor strategii de fabricație complet noi. Un punct crucial a fost obținerea depunerii tuturor straturilor la temperatura camerei sau apropiată, protejând astfel straturile inferioare deja fabricate. Această fabricație la temperatură scăzută nu este un simplu detaliu tehnic. \"Majoritatea materialelor flexibile sau organice nu pot rezista la temperaturi ridicate\", explică Li. \"Procesele tradiționale de semiconductori depășesc adesea 400°C, ceea ce ar topi sau deforma aceste materiale.\" Menținerea întregului proces aproape de temperatura camerei permite utilizarea substraturilor de plastic sau polimer, deschizând ușa către electronica flexibilă a viitorului.

Pentru a demonstra viabilitatea designului lor, echipa a fabricat 600 de copii ale cipului, toate cu performanțe similare. Cercetătorii au utilizat aceste cipuri stivuite pentru a implementa operațiuni de bază, obținând performanțe comparabile cu cele ale cipurilor tradiționale ne-stivuite, dar cu un consum energetic mult mai mic: doar 0,47 microWați, față de 210 Wați tipici dispozitivelor de ultimă generație.

Primele aplicații

Unde vom vedea prima dată această tehnologie? Li este optimist, dar realist: \"Primele aplicații vor fi probabil în dispozitive purtabile, etichete inteligente și senzori, unde consumul redus și flexibilitatea mecanică sunt cruciale.\" Pe termen mai lung, echipa își imaginează suprafețe de calcul de mari dimensiuni, practic obiecte care pot simți, procesa și comunica prin structuri întregi. Deși aceste noi cipuri probabil nu vor alimenta supercomputere, utilizarea lor în dispozitive precum electrocasnicele ar putea reduce semnificativ amprenta energetică globală.

\"Circuitele pe care le dezvoltăm sunt concepute pentru aceste sisteme, unde flexibilitatea mecanică, costul redus și scalabilitatea contează mai mult decât viteza extremă\", clarifică Li. Cercetătorul consideră că cercetarea sa deschide o nouă ușă în calcul: \"Arată că scalarea performanței poate continua, nu doar prin micșorarea dispozitivelor, ci prin integrarea lor mai inteligentă și mai eficientă în trei dimensiuni.\"