【使用不同于硅的二维材料，MIT 科学家成功培育高层 3D 芯片】
电子业在计算机芯片表面可容纳的晶体管数量已接近极限，芯片制造商正探索向上发展的新方向。与其将越来越小的晶体管挤在单一表面上，业界目标是堆栈多层的晶体管与半导体元件，如同将平房变成高楼大厦。这种多层芯片可处理比现今电子产品多出数倍的资料，执行许多更复杂的功能。
然而，一个关键挑战是现有芯片制造平台。目前依赖的硅晶圆相当厚重，但这是生长高质量单晶半导体元件的主要基板。任何可堆栈芯片中，每一层都需要一层厚重的硅基板作为支撑，这会延后功能层之间的讯号传递并降低通讯速度。
如今，麻省理工学院（MIT）工程师提出一项创新技术，成功绕过这一限制。他们开发一种多层芯片设计，完全不需要硅晶圆基板，能在足够低温度下运作，有效保护底层电路的完整性。
根据刊登在《自然》（Nature）杂志上的研究，研究团队使用这种新方法制造一款多层芯片，在芯片上直接交替生长多层高质量的半导体材料。
研究报告作者、麻省理工学院机械工程系副教授 Jeehwan Kim 表示，这项突破为半导体业开启巨大潜力，让芯片的堆栈不受传统限制，有望为人工智慧、逻辑和存储器应用的运算能力带来几个数量级的改善。
Kim 研究团队于 2023 年报告指出，他们开发一种在非晶体表面生长高质量半导体材料的方法，与成品芯片上的半导体电路形貌相当类似。他们使用二维材料 TMD（Transition Metal Dichalcogenides，过渡金属二卤化物）做为生长材料，这被认为是硅的后继材料，有望制造出更小、更高效能的晶体管。
TMD 这种二维材料即使在小到单一原子的尺度上也能保持半导体特性，硅的性能则会急剧下滑。
在前期研究中，团队成功在硅晶圆上生长 TMD，但温度在约摄氏 900 度时才能成功运作。研究人员必须将温度降低至摄氏 400 度以下生长这种单晶材料，否则底层电路将完全被煮熟、毁掉。最后该团队在制作方法中加入冶金学的概念作为解决方案。
Kim 指出，该技术实现的产品不仅是 3D 逻辑芯片，也包括 3D 存储器及其组合。「使用基于生长的单片 3D 方法，可生长出数十到数百个逻辑和存储器层，就在彼此的上面，且它们能很好沟通」；另位第一作者 Kiseok Kim 表示，传统 3D 芯片都是在硅晶圆中间钻孔制造，这限制堆栈层数、垂直排列分辨率和良率，而团队方法能一次解决所有问题。
