Американские исследователи разработали монолитную трехмерную микросхему, способную одновременно поглощать световую энергию для автономной работы, обрабатывать данные и проводить высокоточный химический анализ без использования внешних источников питания. Об этом сообщает «Хайтек» со ссылкой на исследование в журнале Nature Electronics.
Классические микросхемы используют плоскую двумерную архитектуру, где сенсорные датчики, вычислительные логические блоки и элементы питания разнесены на разные участки подложки и соединены между собой длинными проводами. Такая компоновка создает задержки при передаче сигналов и снижает общую энергоэффективность электронных устройств. Чтобы обойти это конструктивное ограничение, инженеры из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне объединили все три функции в рамках единой вертикальной наноструктуры.
Созданное устройство имеет монолитную трехслойную конфигурацию, где каждый уровень выполнен из различных полупроводниковых и двумерных материалов. Самый нижний слой представляет собой кремниевый фотоэлектрический элемент, который улавливает падающий свет и преобразует его в электрический ток для питания всей системы. Непосредственно над ним расположен средний логический слой, собранный из ультратонких слоев дисульфида молибдена и диселенида вольфрама. Эта прослойка функционирует как энергонезависимая флэш-память и кодирует поступающие сигналы.
Верхний уровень инновационного процессора изготовлен из атомарного слоя графена и выполняет роль высокочувствительного химического сенсора. При попадании на поверхность микросхемы паров летучих органических соединений или токсичных газов графен мгновенно меняет свое электрическое сопротивление. Сгенерированный электрический импульс сразу же опускается на нижние слои для обработки и сохранения информации. Физическое объединение элементов позволило снизить энергопотребление системы до рекордного минимума, сопоставимого с биологическими нейронными сетями.
Внедрение новой монолитной технологии трехмерной интеграции позволяет создавать полностью независимые кремниево-графеновые платформы. Полученные в ходе тестов прототипы успешно распознали опасные химикаты без подключения к розетке или громоздким аккумуляторам. Разработчики планируют использовать созданную архитектуру для массового производства миниатюрных экологических датчиков, умных медицинских имплантов и автономных носимых гаджетов нового поколения.
Читать далее:
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Испытания ракеты Starship Илона Маска вновь закончились взрывом в небе
Сразу четыре похожих на Землю планеты нашли у ближайшей одиночной звезды
Обложка: magnific
