Imec показала 8-битный микропроцессор, выполненный из комплементарных транзисторов

Imec совместно с Holst Centre и Evonik показала 8-битный микропроцессор общего назначения, выполненный из комплементарных тонкоплёночных транзисторов (TFT) при температурах техпроцесса до 250 °C. Согласно данным исследовательской команды, они использовали гибридную технологию с применением двух типов полупроводниковых оксидов металлов для TFT-транзисторов n-типа и органических молекул для TFT-транзисторов p-типа.

Несмотря на низкую тактовую частоту, если сравнивать с традиционными решениями на основе кремния, достигнутые результаты должны рассматриваться в контексте весьма малой подвижности носителей зарядов органических материалов. По сравнению с предыдущими наработками, новое решение демонстрирует значительные улучшения.

В переписке с европейским представительством EETimes старший научный сотрудник Imec отметил, что достижимая сегодня скорость работы ограничена подвижностью электронов TFT-транзисторов n-типа и подвижностью дырок TFT-транзисторов p-типа. Замена полупроводников современными материалами с лучшими параметрами, применение других техпроцессов и переход к униполярному дизайну n-типа должен повысить пропускную способность до 10-100 Кбит/с.

По мнению специалистов Imec, их предыдущие разработки (например, микропроцессоры с частотой 6 Гц) были ограничены по производительности из-за использования лишь органических TFT-транзисторов p-типа, имеющих худшие рабочие параметры по сравнению с компонентами, созданными недавно. Более того, ограничения накладывал униполярный дизайн с транзисторами p-типа. В текущей работе инженеры улучшили цифровую библиотеку логических элементов, модернизировали архитектуру микропроцессора, задействовали гибридную комплементарную технологию с полупроводниками, имеющими лучшие рабочие характеристики.

Для выполнения ядра процессора была применена комплементарная гибридная органик/оксидная технология с 3504 TFT-транзисторами на подложке с размерами 12,0 х 18,8 мм. Подвижность носителей заряда метал-оксидных TFT-транзисторов составляет 2 кв.см/В*с, органических TFT-транзисторов p-типа – до 1 кв.см/В*с. Генератор процессорных инструкций (P²ROM) выполнен на базе ROM-памяти с однократным программированием. Набор инструкций состоит из 16 строк кода, каждая строка представляет 9-битную инструкцию, задаваемую с помощью струйной печати с заполнением полостей токопроводящими чернилами. При программировании определённой функции, генератор P²ROM содержит 852 TFT-транзистора на подложке с размерами - 9 х 6,9 мм (403 органических p-TFT-транзистора и 412 оксидных n-TFT-транзисторов в неопределённом состоянии).

Чип работает от напряжения питания, равного 6,5 В. Такой низкий уровень напряжения (для технологий на плёнках) является ключевым фактором комплементарной органик/оксидной технологии. Поскольку потребляемая мощность прямо-пропорциональна квадрату напряжения питания, снижение напряжения с 10 В в предыдущих решения до 6,5 В ведёт к значительному понижению энергопотребления.

Разработка требует дополнительных улучшений для реализации питания микропроцессоров только от одной гибкой батареи. На данный момент процессор питается от нескольких батарей.