„Kvantový strop“ prolomen: Nová éra čipů začíná růst směrem k nebi

Když se miniaturizace tranzistorů ocitla u hranice kvantových zákonů, vědci z King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) změnili strategii a vytvořili první funkční šestivrstvý hybridní čip, čímž otevírají novou kapitolu mikroelektroniky—už ne do šířky, ale do výšky. Tento zásadní posun znamená, že místo tradičního zmenšování velikosti tranzistorů (které naráží na kvantové tunelování a další fyzikální limity), se směrem vpřed stává vertikální rozvrstvení.

Dlouho platné pravidlo, že výkon čipů se zvyšuje zmenšováním tranzistorů, nyní dosáhlo limitu. Jak tranzistory dosahují rozměrů několika atomů, začínají se objevovat kvantové jevy, které znemožňují spolehlivou funkci: například elektrony protunelují bariéry, což vede ke ztrátě schopnosti tranzistoru správně vypínat. Právě tato hranice miniaturizace byla překročena díky stohování více vrstev čipu nad sebou.

Výzkumníci z KAUST dosáhli citlivě sladěného procesu, při němž jsou vrstvy čipu navrstveny jednou na druhou — dohromady jich je šest — což bylo doposud technicky nepraktičné. Díky technologii, která umožnila vyrábět při nízkých teplotách a vyhnout se poškození spodních vrstev, se podařilo překonat dřívější limit dvě vrstvy. Tento vertikální přístup umožní dosáhnout vyšší hustoty tranzistorů, vyššího výkonu a nižší spotřeby – je to nový směr pro chip-průmysl.

Důsledky jsou zásadní. Obvykle se výkon čipů zvyšoval prostřednictvím zmenšování jejich plochy. Teď však budoucnost spočívá v „růst směrem k nebi“ – tedy ve vertikálním rozvrstvení. Tím se otevírá možnost udržet platnou verzi Moorova zákona i nadále, když se zmenšování přestane ekonomicky či fyzikálně vyplácet. Výhledově to znamená, že budoucí čipy budou výkonnější, efektivnější a budou vyžadovat méně prostoru – což je klíčové pro oblasti jako internet věcí (IoT), mobilní zařízení, zdravotnická technika nebo automobilová elektronika.

Navíc, tato metoda může výrazně snížit náklady a komplikace spojené s extrémním zmenšováním tranzistorů. Zatímco plán na 2nm či menší technologie čelil enormním výzvám, vertikální stohování nabízí reálnější cestu vpřed. Tým navrhl proces, ve kterém byly jednotlivé vrstvy zarovnány s extrémní přesností a proces nikdy nepřesáhl teplotu 150 °C, čímž byla zajištěna kompatibilita s existující výrobní technologií. To značí, že průmyslová aplikace by mohla přijít dříve, než se čekalo.

Je zřejmé, že takový čip otevře dveře i novým formám elektroniky – flexibilním, ultratenkým, kombinovaným s optikou nebo senzory – kde prostor je klíčový. Budoucí generace zařízení tak mohou být menší, lehčí, výkonnější a energeticky úspornější. To může zároveň podpořit rozvoj autonomních vozidel, chytré medicíny, wearable technologií a si další. Změna paradigma znamená, že mikročipy už nebudou jen pasivní součástí zařízení, ale aktivní platformou pro hyper-výkon.

Zatímco je technologie v rané fázi, tým z KAUST připouští, že před komerčním nasazením budou nutné další testy a vyladění – například odpověď na otázku, jak se chovají různé vrstvy při vyšších teplotách nebo jak efektivně odvádět teplo z hustě vrstvené struktury. Nicméně, to co bylo dříve považováno za finiš miniaturizace, je nyní jen začátek nové éry.