Yarı iletken dünyasında uzun yıllardır performans artışı denince akla transistörlerin küçültülmesi geliyor. Moore Yasası olarak bilinen yaklaşım, bir çip üzerindeki transistör sayısının düzenli aralıklarla katlanarak artacağını öngörüyordu. Bu öngörü, sektörün son yarım yüzyıldaki gelişimine yön verdi. Ancak transistör boyutlarının birkaç nanometre seviyesine kadar düşmesiyle birlikte fiziksel sınırlar belirgin hale geldi. Bu nedenle araştırmacılar artık yalnızca daha küçük transistörler üretmeye değil, çip mimarisini değiştirmeye de odaklanıyor. Üç boyutlu çip tasarımları bu arayışın merkezinde yer alıyor. Geleneksel işlemcilerde transistörler tek bir düzlemde yan yana dizilirken, 3D tasarımlarda katmanlar üst üste yerleştiriliyor. Böylece aynı alanda daha fazla transistör kullanmak mümkün hale geliyor. Ayrıca bileşenler arasındaki mesafenin azalması veri aktarım hızını artırırken enerji tüketimini düşürüyor. Özellikle yapay zekâ ve büyük veri uygulamalarında ihtiyaç duyulan yüksek işlem gücü için bu yaklaşım kritik görülüyor.
3D çiplerin önündeki en büyük engellerden biri üretim sırasında gereken yüksek sıcaklık oldu. Modern silikon transistörlerin üretimi yaklaşık 1000 dereceye varan ısı gerektiriyor. Bu sıcaklık, alttaki metal bağlantılara zarar verebiliyor. Illinois Üniversitesi araştırmacıları bu soruna yeni bir yöntem geliştirdi. Nature dergisinde yayımlanan çalışmada ekip, 10 nanometreden daha ince silikon nanomembranlar kullanarak çok katmanlı çip üretmeyi başardı. Bu ultra ince katmanlar özel bir yüzeyden ayrılarak daha önce üretilmiş devrelerin üzerine aktarılıyor. Üstelik işlem 200 derecenin altında gerçekleştiriliyor. Böylece metal bağlantılar korunuyor.
Araştırma ekibi ayrıca “junctionless” adı verilen farklı bir transistör mimarisi tasarladı. Bu yapı, yüksek sıcaklık gerektiren bazı üretim adımlarını ortadan kaldırıyor. Ekip, üç farklı silikon katmanını üst üste yerleştirerek çalışan devreler üretti. Her katmanda 625 transistör bulunurken üretim verimliliğinin yüzde 98 ila 100 arasında olduğu açıklandı. Geliştirilen transistörlerin performansının geleneksel yöntemlerle üretilen silikon transistörlerle rekabet edebildiği belirtildi.
Araştırmanın başındaki Profesör Qing Cao, bu yaklaşımın Moore Yasası’nın süresini uzatabilecek potansiyele sahip olduğunu ifade etti. Teknolojinin endüstriyel ölçekte uygulanabilirliği ilerleyen testlerle netlik kazanacak. Başarılı olması halinde performans artışında yeni yön, daha küçük transistörlerden çok yukarı doğru büyüyen çip tasarımları olabilir.
