薄膜エレクトロニクスを通じて柔軟なチップ設計を可能にする

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同グループは、6502 チップをウェーハ (右) とプレート (中央) 上に開発しました。 (画像:© KU Leuven-imec)

最近のチップ不足危機が証明したように、シリコン半導体はコンピューター時代の「石油」となっています。ただし、従来のシリコンチップの欠点の 1 つは、機械的に柔軟性がないことです。一方で、代替半導体技術である薄膜トランジスタ (TFT) によって推進されるフレキシブル エレクトロニクスの分野もあります。 TFT を使用できるアプリケーションは、ウェアラブル ヘルスケア パッチや神経プローブ、デジタル マイクロ流体工学やロボット インターフェースから、曲げ可能なディスプレイやモノのインターネット (IoT) エレクトロニクスに至るまで、数多くあります。

TFT 技術は大きく進化しましたが、従来の半導体技術とは異なり、TFT 技術をさまざまな用途に使用できる可能性はほとんど活用されていません。実際、TFT は現在、主にスマートフォン、ラップトップ、スマート TV のディスプレイに組み込む目的で大量生産されており、ピクセルを個別に制御するために使用されます。これにより、柔軟なマイクロチップで TFT を使用して革新的な TFT ベースのアプリケーションを考案することを夢見ているチップ設計者の自由が制限されます。 「この分野は、従来のチップ業界と同様のファウンドリ ビジネス モデルから大きな利益を得ることができます」と、ディーペンベークにあるルーヴェン大学の新興技術、システムおよびセキュリティ部門の教授であり、大学間マイクロエレクトロニクス センター (imec) の客員教授であるクリス マイニー氏は述べています。

世界のマイクロチップ市場の中心は、いわゆるファウンドリモデルです。このビジネス モデルでは、大規模な半導体製造工場 (ファウンドリ) がシリコン ウェーハ上のチップの大量生産に重点を置いています。これらは、ファウンドリのクライアント (チップを設計および発注する企業) によって使用され、特定のアプリケーションに統合されます。このビジネス モデルのおかげで、これらの企業は複雑な半導体製造にアクセスして、必要なチップを設計できるようになります。

Myny のグループは、このようなビジネス モデルが薄膜エレクトロニクスの分野でも実行可能であることを示しました。彼らは特定の TFT ベースのマイクロプロセッサを設計し、2 つのファウンドリで製造し、その後研究室でのテストに成功しました。同じチップは、どちらも主流の 2 つの別個の TFT テクノロジ (異なる基板を使用) に基づいて 2 つのバージョンで製造されました。彼らの研究論文はNature に掲載されています。 .

マイニーと彼の同僚が作ったマイクロプロセッサは、象徴的な MOS 6502 です。現在、このチップは「博物館の品」ですが、70 年代には、最初の Apple、Commodore、Nintendo コンピュータのドライバーでした。同グループは、6502 チップをウェーハ (アモルファス インジウム ガリウム 亜鉛酸化物を使用) およびプレート (低温多結晶シリコンを使用) 上に開発しました。どちらの場合も、チップは他のチップ (プロジェクト) と一緒に基板上に製造されました。このマルチプロジェクトのアプローチにより、ファウンドリは設計者からのオンデマンドで単一の基板上にさまざまなチップを製造できるようになります。

Myny’sグループが作ったチップの厚さは30マイクロメートル未満で、人間の髪の毛よりも小さい。そのため、たとえばウェアラブルパッチなどの医療用途に最適です。このような超薄型ウェアラブルは、心電図や筋電図を作成し、心臓や筋肉の状態を研究するために使用できます。まるでステッカーのような感触ですが、シリコンベースのチップを使用したパッチは常にこぶ状に感じられます。

6502 マイクロプロセッサの性能は最新のマイクロプロセッサには匹敵しませんが、この研究は、従来のチップ業界で行われる方法と同様に、マルチプロジェクト アプローチでフレキシブル チップを設計および製造できることを実証しました。 Myny は次のように結論付けています。「私たちはシリコンベースのチップと競合するつもりはありません。柔軟な薄膜エレクトロニクスに基づいてイノベーションを刺激し、加速させたいのです。」

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