마이크로칩 '시계'로 용도가 변경된 트랜지스터는 공급망의 약점을 해결합니다.

[아름이]

마이크로칩 '시계'로 용도가 변경된 트랜지스터는 공급망의 약점을 해결합니다.
날짜:
2023년 1월 25일
원천:
퍼듀 대학교
요약:
새로운 기술은 표준 칩 팹 방법을 사용하여 모든 마이크로프로세서에 중요한 타이밍 장치의 빌딩 블록을 제작합니다. 현재 음향 공진기로 알려진 이 타이밍 장치는 종종 해외에서 별도로 생산되어야 하므로 공급망과 보안 취약점이 발생합니다. 이 기술은 나중에 마이크로프로세서와 묶이는 대신 표준 CMOS 처리를 사용하여 이 타이밍 장치를 마이크로프로세서와 통합할 수 있게 합니다.

미국의 Microchip 팹 공장은 수십억 개의 데이터 처리 트랜지스터를 작은 실리콘 칩에 집어넣을 수 있지만 이러한 트랜지스터의 작동 시간을 측정하는 중요한 장치, 본질적으로 "시계"는 별도로 제작되어야 합니다. 칩 보안 및 공급 라인. 새로운 접근 방식은 상용 칩 팹 재료와 기술을 사용하여 이 타이밍 장치의 빌딩 블록 역할을 하는 특수 트랜지스터를 제조하여 약점을 해결하고 향상된 통합을 통해 새로운 기능을 가능하게 합니다.

음향 공진기를 개발하고 있는 퍼듀 대학교 전기 및 컴퓨터 공학 교수인 Dana Weinstein은 "종종 해외에서 통합해야 하는 여러 칩, 여러 제조 방법 및 여러 재료 세트 대신 모든 것을 수행하는 하나의 칩을 갖게 될 것"이라고 말했습니다. 업계 표준 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET)를 생산하는 데 사용되는 프로세스와 함께. "미국은 칩 제조 능력을 발전시켜야 할 필요가 있으며 이러한 특성의 발전은 공급망, 국가 안보 및 하드웨어 보안의 여러 문제를 해결합니다. 전체 시계를 프로세서 내부로 이동함으로써 시계 결함에 대해 장치를 강화합니다. 변조 감지를 위해 패키징된 칩의 음향 지문과 같은 새로운 기능을 활성화합니다."

모든 트랜지스터(현대 마이크로일렉트로닉스를 뒷받침하는 장치)와 마찬가지로 FinFET은 전압 활성화 온/오프 게이트입니다. 이름에서 알 수 있듯이 FinFET는 게이트를 통과하는 반도체 소재의 핀을 따라 전류를 통과시킵니다. 닫힌 상태 또는 꺼진 상태에서 핀은 전기를 전도하지 않습니다. 게이트 상단에 인가된 전압은 핀에 전하를 생성하여 전기가 열린 상태 또는 온 상태로 흐를 수 있도록 합니다.

그러나 모든 전자 장치에 사용되는 마이크로프로세서, 센서 및 무선 장치의 작동을 수행하려면 트랜지스터가 동기화되어야 합니다. 이를 수행하는 장치는 소리, 일부 구조에서 방출하는 공명 주파수를 기반으로 합니다. 마치 유리 그릇이 핑 소리를 낼 때 특정 음이 들릴 수 있습니다. 이 소위 음향 공진기의 규칙적인 반복 파동은 더 큰 마이크로 전자 기계 시스템에 통합되고 시간을 표시하는 데 사용되는 케이던스 역할을 합니다. 현재 상용화된 마이크로 전자기계 공진기는 표준 칩 제조 공정으로 제작할 수 없으며 별도로 제작한 후 나중에 마이크로 칩과 번들로 묶어 사용해야 합니다.

Weinstein의 혁신은 표준 보완 금속 산화물 반도체 칩 팹에서 사용할 수 있는 기존 재료 및 제조 기술 레퍼토리로 음향 공진기를 구축하는 것입니다. Nature Electronics 의 최근 논문에서 그녀의 연구팀은 지금까지 가장 발전된 디자인을 보고했습니다. 뉴욕의 GlobalFoundries Fab 8 시설에서 실행되고 GlobalFoundries 14LPP FinFET 기술 설계 매뉴얼에 설명된 상용 프로세스를 사용하여 팀원들은 8-12GHz 범위의 주파수를 생성할 수 있는 특수 FinFET 세트를 제작했습니다. 마이크로프로세서의 일반적인 기본 클럭 속도.

우아한 솔루션은 본질적으로 데이터 처리 트랜지스터를 타이밍 장치로 용도를 변경합니다.

"우리의 접근 방식을 통해 칩 팹은 컴퓨터의 중앙 처리 장치 또는 기타 응용 프로그램에 사용하는 것과 동일한 프로세스를 통해 이 장치를 실행합니다. . "마이크로프로세서와 기타 구성 요소가 완료되면 공진기도 완료됩니다. 별도의 마이크로프로세서 칩과 통합하기 위해 추가 제작을 거치거나 다른 곳으로 보낼 필요가 없습니다."

트랜지스터의 켜짐 또는 꺼짐 상태는 일반적으로 이진 코드의 0과 1로 전류를 흐르게 하지만 모든 트랜지스터는 전하를 저장하고 방출하는 커패시터로도 사용할 수 있습니다. Weinstein의 팀은 "구동" 트랜지스터 어레이를 사용하여 핀과 게이트 사이에 얇은 유전 물질 층을 압착 및 방출하여 정확히 이를 수행합니다.

"우리는 게이트와 핀 사이의 얇은 영역을 밀고 당기면서 게이트와 반도체 사이의 층을 압착하고 있습니다."라고 Jackson은 말했습니다. "우리는 이 작업을 인접한 트랜지스터에서 교대로 수행합니다. 하나는 압축하고 하나는 늘리고 장치에서 측면으로 진동을 생성합니다."

드라이브 트랜지스터는 진동을 특정 공진 주파수로 유도하고 증폭하도록 크기가 조정됩니다. 그러면 인접한 "감지" 트랜지스터 그룹에 있는 반도체 물질이 늘어나거나 압축되어 이러한 트랜지스터를 통과하는 전류의 특성이 변경되어 진동이 전기 신호로 변환됩니다.

Weinstein은 "당신이 가지고 있는 모든 고성능 전자 제품은 FinFET을 사용합니다."라고 말했습니다. "이러한 기능을 통합하면 디지털 마이크로프로세서 이상으로 마이크로일렉트로닉스 기능이 향상됩니다. 기술이 변경되면 적응할 수 있지만 통합 마이크로프로세서 시스템으로 앞으로 나아갈 것입니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/