隨著集成電路（IC）技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的晶片制造方式面臨著電晶體密度和性能的瓶頸。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，晶片制造商開始尋求“向上發(fā)展”的方案，即通過堆疊電晶體與其他半導(dǎo)體元件，以提高計算能力。類似于將平房改建成摩天大樓，堆疊晶片的方式本應(yīng)為半導(dǎo)體領(lǐng)域開辟新天地，但這項技術(shù)也遇到了一些制約。

傳統(tǒng)的晶片堆疊技術(shù)通常需要每一層都依賴基板支撐，這一做法導(dǎo)致了電信號傳輸?shù)难舆t，制約了堆疊晶片的效率。為了突破這一限制，麻省理工學(xué)院（MIT）的一支研究團(tuán)隊在最新的研究中提出了一項全新的3D晶片堆疊方法，有望改變現(xiàn)有的制造流程。

根據(jù)MIT工程師在《自然》期刊上發(fā)布的最新研究，這項新技術(shù)通過一種創(chuàng)新的方式，成功地實現(xiàn)在沒有硅基板的情況下，交替堆疊高質(zhì)量的半導(dǎo)體材料層。具體來說，研究團(tuán)隊利用冶金學(xué)原理，通過在較低溫度下生長單晶2D過渡金屬二硫?qū)倩铮═MD）層，成功地繞過了傳統(tǒng)堆疊技術(shù)中的溫度限制。

過渡金屬二硫?qū)倩铮?/span>TMD）材料被認(rèn)為是硅的潛在替代品，其優(yōu)越的電子性能使得它們成為小型化和高效能電晶體的理想材料。MIT團(tuán)隊的突破性進(jìn)展使得這些材料可以在低至攝氏380度的溫度下生長，這大大降低了傳統(tǒng)方法中所需的高溫工藝，從而避免了對底層電路的潛在損害。

此外，研究團(tuán)隊通過這種新方法成功制作了多層晶片，將兩種不同的TMD材料交替堆疊。二硫化鉬（MoS2）用于n型電晶體，而二硒化鎢（WS2）則用于p型電晶體。這種方法不僅突破了以硅為中介層的傳統(tǒng)堆疊方式，還大大提升了堆疊晶片的傳輸效率和性能。

這一技術(shù)突破為未來的人工智慧硬體設(shè)計提供了巨大的潛力。MIT的研究團(tuán)隊預(yù)測，采用這種新型3D晶片堆疊技術(shù)，可以顯著提升包括穿戴式設(shè)備、筆記本電腦等在內(nèi)的電子產(chǎn)品的運算能力，并且能夠處理更大規(guī)模的數(shù)據(jù)，接近甚至超越當(dāng)前超級計算機(jī)的性能。這對于加速人工智慧、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)中心的發(fā)展具有重要意義。

MIT機(jī)械工程副教授金智煥（Jeehwan Kim）表示：“這項突破為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開辟了巨大的潛力。我們可以在沒有傳統(tǒng)限制的情況下堆疊晶片，這有望將人工智慧、邏輯運算與記憶體應(yīng)用的計算能力提升幾個數(shù)量級?！?/span>

這項研究不僅為未來的半導(dǎo)體制造技術(shù)提供了新的方向，也標(biāo)志著一個可能改變計算機(jī)硬體設(shè)計和人工智慧應(yīng)用的重大突破。隨著這項技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的計算設(shè)備可能會變得更加小型化、高效能，甚至具備與當(dāng)今超級計算機(jī)相媲美的能力。

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