Denne artikkelen er levert av Titan.uio.no, en nettavis utgitt av Universitetet i Oslo (UiO).
Silisium-brikker har vært alfa og omega i transistorer og dermed i elektronikk i snart en mannsalder.
Grunnstoffet har også gitt navnet til Silicon Valley – det innovative området i California som i praksis la grunnlaget for vår moderne IT-hverdag anført av Hewlett-Packard, Xerox PARC og Apple.
Silisium-dalen hvor alle vil være
Svært mange av verdens suksessrike IT-selskaper har også i dag sitt hovedkontor nettopp i denne «silisium-dalen».
Men materialet er i ferd med møte sin begrensning, det er snart ikke mulig å gjøre elektronikken så liten, lett, energibesparende og effektiv som framtidens bruksområder krever.
– Vi begynner å nå en grense med silisium-transistorene, sier Philipp Häfliger ved Institutt for informatikk på Universitetet i Oslo (UiO).
– I ferd med å få kvanteeffekter
UiO-professoren påpeker at fysiske utfordringer har meldt seg - ved at det blir så smått at man snakker om atom- og molekylnivå.
– Vi er i ferd med å få kvanteeffekter. Det betyr at vi må tenke nytt, sier han.
Med sterke teknologiske trender – som implantater i kroppen som trådløst overfører helsedata, samt tingenes internett – kreves brikkestørrelser ned på nanometernivå. Dette handler om ørsmå saker. En nanometer(link is external) tilsvarer en milliarddels meter.
I tillegg skal de ha langt flere funksjoner og være mer energieffektive enn dagens brikker.
53 år gammel lov gjelder fortsatt
Gordon Moore, en av brikkeprodusenten Intels grunnleggere, framsatte i 1965 Moores lov. Den sier at antall transistorer på et areal dobles annethvert år.
– Den gjelder fortsatt. Men i og med at man nærmer seg grensen for hva dagens prosessorteknologi kan gi, så er det fare for at Moores lov må skrotes, sier Häfliger.
På 60-tallet inneholdt en typisk brikke 60 enheter. Til sammenligning kan det nevnes at Intels siste Itanium-prosessor hadde 1,7 milliarder silisium-transistorer.
Forskere over hele verden undersøker nå om nye grunnstoffer og materialer kan overta for silisium, for eksempel karbonnanorør. Samtidig håper man at silisium kan henge med noen runder til.
3,8 millioner euro
De neste fire årene har Häfligers forskergruppe ved UiO en sentral rolle i EU-prosjektet 3D-MUSE (3D Multi-Process Sequential Integration for Smart Sensor Interfaces), som har et budsjett på 3,8 millioner euro. Her vil man se på en løsning som muligens kan forlenge livet til silisium i elektronikk.
I stedet for å satse på nye materialer, vil man i 3D-MUSE forsøke å utvide silisium-teknologien fra å være begrenset til todimensionale (2D) skiver til tett pakkede tredimensjonale (3D) brikker.
I prosjektet vil UiO-forskerne samarbeide tett med forskere ved Leti CEA Tech i Grenoble. Utviklingen av de nye 3D-databrikkene baseres på såkalt «sekvensiell» eller «monolittisk» 3D-integrering. Dette tillater et tett nettverk av forbindelser i tre dimensjoner.
Én kubikkmillimeter
– Svært tettpakkede vertikale forbindelser har vært en utfordring i tidligere forsøk på å utvikle 3D-silisium-teknologier.
Mens en vanlig mikrobrikke i dag kan være to-fire kvadratmillimeter flat og svært tynn, håper forskerne at resultatet av forskningsprosjektet kan bli en brikke som er én kubikkmillimeter.
– Vi mener vi får mer effekt hvis vi lager elektronikk lag på lag, slik at brikken blir tykkere. Den vil ikke i første omgang bli tykk som en terning, men vi går helt klart fra 2D til 3D, sier Häfliger.
– Flere lag med transistorer gir oss nye muligheter. Blant annet gjelder det energiforbruk. Vi ser også at vi kan få inn flere funksjoner og kan utvikle mer spesialiserte brikker.
