У привычной гонки за нанометрами появился второй маршрут: вместо бесконечного уменьшения транзисторов инженеры все активнее осваивают толщину микросхемы. Исследователи из Университета Гонконга и Futurewei Technologies в новом обзоре Nature Nanotechnology показали, как двумерные материалы могут перенести часть проводников, памяти и даже транзисторов в верхние слои и на обратную сторону кремниевой пластины. Подход способен поддержать дальнейший рост плотности и энергоэффективности чипов, когда традиционное уменьшение элементов сталкивается с ограничениями проводников, тепла и утечек тока.
Пределы масштабирования связаны уже не только с самим транзистором. Чем уже становятся металлические линии между миллиардами элементов, тем сильнее растет сопротивление и тем заметнее задержка сигнала, возникающая из-за сочетания сопротивления и емкости. Исследователи ранее показали, что на современных техпроцессах задержка межсоединений способна ограничивать быстродействие сильнее, чем скорость переключения самих транзисторов. Простое уменьшение всех деталей в плоскости чипа поэтому перестает давать прежний выигрыш.
Авторы нового обзора предлагают искать запас плотности в слоях, которые раньше в основном обслуживали готовые транзисторы. Речь идет о BEOL, технологических слоях, которые формируют после создания транзисторов и используют для металлических соединений и изоляции. Графен, гексагональный нитрид бора и дихалькогениды переходных металлов вроде MoS₂ и WS₂ имеют толщину вплоть до одного атомного слоя и сохраняют полезные электрические или тепловые свойства при размерах, где обычные материалы начинают быстро терять эффективность.
Двумерные материалы могут выполнять сразу несколько задач. Проводящие слои на основе графена рассматриваются как возможная замена или дополнение к меди в самых тонких линиях, а атомарно тонкие покрытия способны работать как барьер, не позволяющий меди проникать в окружающий диэлектрик. Другие материалы подходят для изоляции между проводниками и одновременно лучше отводят тепло. В результате драгоценное место в металлическом стеке расходуется не только на проводку: часть логики и памяти можно разместить прямо над основным кремниевым слоем.
Практические эксперименты уже показывают, что отдельные элементы предложенной архитектуры выходят за пределы лабораторных образцов размером в несколько микрометров. Весной 2026 года исследователи продемонстрировали выращивание слоя WS₂ толщиной менее одного нанометра по всей пластине при 350 °C. Покрытие одновременно работало как подслой для формирования меди и как барьер против ее диффузии, то есть заменяло две функции одним ультратонким материалом. Температура процесса важна: верхние слои микросхемы нельзя сильно нагревать после формирования чувствительных транзисторов внизу.
Еще одно направление переносит часть инфраструктуры на обратную сторону пластины. В традиционном чипе питание и сигналы конкурируют за место в металлических слоях над транзисторами. Сети питания с обратной стороны освобождают переднюю часть для сигнальных соединений и сокращают путь тока к логическим элементам. Intel применяет похожую схему в технологии PowerVia для техпроцесса Intel 18A, где крупные линии питания и контакты перенесены на тыльную сторону кристалла.
Авторы обзора считают обратную сторону не просто новым местом для проводов. Атомарно тонкие транзисторы можно встраивать рядом с сетью питания и использовать как локальные силовые ключи, регуляторы или вспомогательную логику. Аналогичные элементы могут появиться и в BEOL рядом с памятью. Исследовательский центр imec уже рассматривает двумерные транзисторы для периферийных схем, силовых ключей и будущих многослойных систем, где разные функции распределяются по отдельным уровням.
Сдвиг в сторону вертикальной интеграции идет параллельно и с другими материалами. В сентябре 2026 года отдельная группа показала трехъярусную интеграцию транзисторов на основе оксида индия на кремниевой пластине диаметром 200 мм. Исследователи изготовили более 100 тысяч устройств и соединили логику с памятью между уровнями. Работа не относится напрямую к двумерным материалам, но хорошо показывает общий вектор отрасли: дополнительную вычислительную плотность пытаются получать не только уменьшением площади транзистора, но и наращиванием активных этажей.
До массового внедрения двумерных материалов остается несколько серьезных препятствий. Полупроводниковой промышленности нужны равномерные пленки на пластинах промышленного диаметра, воспроизводимые электрические контакты, управляемое легирование, низкая дефектность и стабильные характеристики миллионов устройств. Особенно сложно выращивать или переносить качественные двумерные слои при температурах, безопасных для уже готовой схемы. Imec относит контакты истока и стока, легирование и совместное изготовление транзисторов разных типов к главным задачам на пути к промышленной интеграции.
Новый обзор поэтому не обещает скорой замены кремния графеном или MoS₂. Более вероятная архитектура следующего этапа объединит кремниевые транзисторы внизу, сверхтонкие проводники и устройства в BEOL, память над логикой и питание с обратной стороны. Закон Мура в многослойной конструкции продолжает работать уже не как простая гонка за меньшим числом нанометров: чип постепенно превращается из плоской схемы в объемную систему, где ценность приносит каждый доступный уровень по толщине.
