美国西拉斐特（WEST LAFAYETTE，Ind.）——美国的微芯片制造厂可以在一块微小的硅芯片上塞满数十亿个数据处理晶体管，但关键设备，本质上是一个“时钟”，用于计时这些晶体管的操作，必须单独制造，这在芯片安全性和供应线方面造成了一个弱点。一种新方法使用商业芯片制造厂材料和技术制造专用晶体管，作为该定时装置的构建块，解决了弱点，并通过增强集成实现了新功能。

“你可以用一个芯片代替多个芯片来做所有事情，多种制造方法和多种材料必须集成在一起——通常是在海外，”他说 达娜·温斯坦，一个普渡大学的教授电气与计算机工程他正在开发声学谐振器，其工艺用于生产行业标准的鳍场效应晶体管（FinFET）。“美国有必要提高其芯片制造能力，这种性质的进步解决了供应链、国家安全和硬件安全方面的多个问题。通过将整个时钟移动到处理器内部，可以增强设备的抗时钟锁定攻击能力，并启用声学等新功能用于篡改检测的封装芯片的ic指纹。”

与所有晶体管（支撑现代微电子技术的器件）一样，FinFET是一个电压激活的开/关栅极。顾名思义，FinFET沿着流经栅极的半导体材料翅片传递电流。在关闭状态下，翅片不导电。施加在栅极顶部的电压在翅片中形成电荷，使电流以开放或开启状态流动。

但晶体管必须同步才能对所有电子设备中使用的微处理器、传感器和无线电进行操作。这样做的设备是建立在声音的基础上的，声音是一些结构发出的共振频率，就像玻璃碗发出的声音一样。这种所谓的声学谐振器的规则重复波作为一种韵律，被纳入更大的微电子机械系统中，并用于标记时间。目前的商用微电子机械谐振器不能用标准芯片制造工艺制造，必须单独制造，然后与微芯片捆绑使用。

温斯坦的创新是利用标准互补金属氧化物半导体芯片厂现有的材料和制造技术建造一个声谐振器。在最近的一篇论文中自然电子她的研究团队报告了其迄今为止最先进的设计。使用在纽约GlobalFoundries Fab 8工厂运行的商业流程，并在GlobalFoodries 14LPP FinFET技术设计手册中进行了描述，团队成员制造了一组能够产生8-12个频率范围的专用FinFET 这超过了微处理器的典型本机时钟频率。

这个优雅的解决方案本质上是将数据处理晶体管重新调整为定时设备。

普渡大学电气与计算机工程研究生、《自然电子》论文第一作者杰克逊·安德森（Jackson Anderson）表示：“按照我们的方法，芯片制造商通过与计算机中央处理单元或其他应用程序相同的过程来运行该设备。”。“当微处理器和其他组件完成后，谐振器也完成了。它不需要进行进一步的制造，也不需要被送到其他地方与单独的微处理器芯片集成。”

虽然晶体管的开或关状态通常将电流引导为二进制码的0和1，但所有晶体管也可用作电容器来存储和释放电荷。温斯坦的团队正是通过“驱动”晶体管阵列来实现这一点，挤压并释放出翅片和栅极之间的一薄层电介质材料。

杰克逊说：“我们正在挤压栅极和半导体之间的那些层，推拉栅极和鳍片之间的薄区域。”。“我们在相邻的晶体管上交替进行这一操作——一个压缩，一个拉伸——在设备中建立横向振动。”

驱动晶体管的尺寸可以引导和放大振动，使其自身形成特定的共振频率。这反过来又会拉伸和压缩相邻“感测”晶体管组中的半导体材料，从而改变这些晶体管中电流的特性，将振动转化为电信号。

Weinstein说：“你拥有的每一块高性能电子器件都使用FinFET。”。“集成这些功能不仅可以提高数字微处理器的微电子能力。如果技术发生变化，我们可以适应，但我们将朝着集成微处理器系统的方向发展。”

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。