Китай вывел чипы за рамки кремния — 32-битный RISC-V-процессор создан на полупроводнике атомарной толщины

На этой неделе в журнале Nature китайские учёные опубликовали работу, в которой сообщили о выходе за пределы кремния при производстве чипов. Полноценный 32-битный RISC-V-процессор был изготовлен на слое полупроводника толщиной в одну молекулу — не более 1 нм. Но что самое важное — производство не требует EUV-сканеров и обходится доступным Китаю литографическим оборудованием.

Nature 2025

Около 20 лет исследователи занимаются графеном как материалом, который может вывести производство микросхем на новый уровень производительности и эффективности. Однако графен в чистом виде — это проводник. Изготовить с его помощью транзисторы, например с использованием нанотрубок, — почти как сварить пресловутую кашу из топора: необходимо множество других ингредиентов и процессов. Проблему мог бы решить атомарно тонкий полупроводник, но такие пока не открыты. Зато ряд молекул полупроводников может располагаться тонким слоем, близким к толщине отдельных атомов. Одной из таких молекул является дисульфид молибдена (MoS). За счёт гексагональной молекулярной структуры слой MoS не толще 1 нм.
Учёные из Национальной лаборатории интегральных схем и систем Университета Фудань около пяти лет разрабатывали техпроцессы с использованием дисульфида молибдена, включая нанесение этого материала из паровой фазы на подложки. Сообщается, что они, как минимум, научились наносить слои MoS на подложки из сапфира, на которых начали изготавливать работающие атомарно тонкие схемы. Примерно 70 % оборудования для производства чипов на слоях MoS заимствовано у обычного производства кремниевых пластин. Это означает, что разработанный учёными техпроцесс может быть запущен в производство с относительно скромными затратами на модернизацию.

В конечном итоге исследователи создали массив инверторов 30 × 30. При этом они обошли ограничения MoS, который позволяет изготавливать транзисторы только одной проводимости — n-типа. В молекулы MoS невозможно внести примеси для создания транзисторов с другой проводимостью, чем позволяет исходный материал. Поэтому напряжения затворов определялись проводниками под ними. В частности, были использованы алюминиевые и золотые контакты.
На основе изготовленных инверторов учёные смогли собирать электронные цепи из базового набора 25 электронных компонентов. Общая схема содержала 5900 работающих транзисторов. Частота их была невелика — несколько килогерц. Однако чип Wuji выполнял весь спектр 32-разрядных инструкций RISC-V. Это самый крупный в истории процессор на атомарно тонком полупроводнике, уверяют разработчики. И это первый серьёзный шаг за пределы кремниевой электроники.

Также по теме: