3D-Chips: Prozessoren mit Die-Stapeln werden ohne Silizium möglich

Ein Forscherteam hat es geschafft, in einem Zug gleich zwei Türen zur Zukunft von Prozessordesigns aufzustoßen: Sie nahmen einmal Anleihen bei den Speicherentwicklern und bauten Schaltkreise in geschichteten Strukturen. Außerdem kommen sie ohne Silizium aus.

Silizium-Verzicht ist nötig

Insbesondere bei NAND-Speichern ist es inzwischen seit einiger Zeit üblich, mehrere Dies übereinanderzustapeln und die Layer miteinander zu verknüpfen, um die Speicherdichte und Performance zu steigern. Ein Team von der Pennsylvania State University hat ein ähnliches Verfahren jetzt auch auf Prozessoren angewandt, sodass die Transistoren nicht mehr nur flächig angeordnet sind.

Die Wissenschaftler um Darsith Jayachandran konnten die Stapelung der Schaltkreis-Schichten auch erreichen, indem sie auf das klassische Silizium verzichteten und stattdessen die Halbleiter Molybdändisulfid oder Wolframdiselenid einsetzten, wie aus dem Paper hervorgeht, das im Journal Nature veröffentlicht wurde (via Scinexx).


Auf diese Weise konnten die Forscher nicht nur mehrere 2D-Layer bauen, die dann übereinander gestapelt wurden. Ihnen gelang vielmehr direkt die Umsetzung eines monolithischen Designs, bei dem die übereinanderliegenden Schaltungen direkt miteinander verbunden werden konnten. Dadurch wird eine noch höhere Effizienz erreicht.

Großproduktion machbar

Hintergrund dessen sind die Eigenschaften der Materialien, die Einfluss auf den Produktionsprozess haben. Würde man eine monolithische Fertigung mit Silizium versuchen, müsste man scheitern, da die Arbeit an tieferliegenden Schichten die oberen Bereiche wieder zerstören würde. Erst durch die Nutzung anderer Materialien werden diese neuen Fertigungsverfahren ermöglicht.

Erste Schritte zu entsprechenden 3D-Chips haben auch andere Entwickler bereits geschafft. Nun aber konnte das Team zeigen, dass sich mit dem Verfahren auch wirklich Prozessoren mit sehr vielen Transistoren in großen Stückzahlen aus einem Wafer produzieren lassen. Das ist die Voraussetzung, wenn irgendwann auch eine Fertigung in industriellem Maßstab erfolgen soll.


Siehe auch: