美国基础性集成电路研发的新成果
（一）研制新材料集成电路
1．用纳米导线在玻璃芯片上制成集成电路
2005年4月，美国哈佛大学，化学教授查尔斯·利伯和电气工程助理教授唐西·汉姆领导的一个研究小组，在《自然》杂志上发表论文称，他们借助低温制造技术，用纳米导线在一块玻璃芯片上，制造了最基础的集成电路时钟振荡电路。这一技术既不需要高温，也不需要硅芯片，将来可能取代硅芯片集成电路制造技术。
该研究小组报告说，他们利用玻璃芯片和一种掺有纳米导线的溶液，通过低温下的普通照相制版蚀刻技术，依次制成逻辑变相器和由变极器组成的时钟振荡电路。
经实验检测，他们制成的时钟振荡电路频率达到11.7兆赫，是目前用有机半导体材料制造的时钟振荡电路的20倍。利伯说，这一技术使用常见的、低成本和轻质材料来制造纳米导线集成电路，不仅是玻璃可以做芯片，塑料也可以。这样的芯片可以大大促进计算设备在生活中的应用，“使高效的电子设备进入我们生活的每个方面”。
2．用金属氧化物制成首个透明集成电路
2006年3月，美国俄勒冈州立大学电子工程系教授约翰·瓦戈主持，化学系主任多戈·克兹、物理学教授詹尼·托特，以及电子工程系瑞克·瑞斯里等人参与的一个研究小组，在《固体电子学》发表研究成果称，他们从无机化合物中，发明了世界上第一个透明集成电路，这是透明电子学领域得以快速发展所取得的又一个重要进步。
该集成电路是由五部分组成的环形振荡器，通常用于电子学测试以及新工艺示范。这是向功能性透明电子应用软件方向发展迈出的重要一步，许多人认为这一行业在将来具有很好的发展前景。
该项研究得到美国国家科学基金会、军事研究办公室以及惠普公司的支持。最近，美国俄勒冈州立大学授权惠普公司，可以在原先工作的基础上开发新产品。瓦戈指出，与惠普公司的合作，将促进透明电子这项技术，由实验室向商业实际应用中发展，这是一个巨大的进步。透明晶体管用于集成电路，其运行速率将大大加快，我们也可以将透明集成电路，用于目前世界范围内都使用的传统的照相平板技术。
透明电子学的发展在开创新型工业、增加就业机会以及提供更有效更经济的消费品方面都有重要影响。从汽车透明的挡风玻璃到手机、电视、复印机、太阳镜以及玩具等都可以得到应用，甚至还可用于高效的太阳能电池及晶体模型中。
最近，俄勒冈大学科研人员宣布，这种透明的晶体管是由锌锡氧化物合成，透明集成电路是由铟镓氧化物合成。所有这些重金属阳离子的多成分氧化物共同具有一些特性，即高电子活性、化学性质稳定、高物理耐受性以及低温下容易加工合成。另外，这些重金属阳离子还应当是廉价并且安全的，比如金和银因为价格昂贵所以不适合选择，汞、铅、砷由于其毒性作用也不适合选取。
瓦戈指出，未来还有许多困难需要我们一一解决。例如，该项技术还需要应用于大体积物质，在加工过程中应当保持其功能，对新电路需要进行物理防护，新市场开拓和产品定位等。还需要努力进一步使该技术具有更多优点，比如，低电消耗、简单电路结构、可以进行类比和数据处理等。瓦戈说：“令人感到兴奋的是，剩下的所有工作，应当都很容易实现，我们需要一些时间，但没有可以影响透明电子技术商业化应用的阻碍因素。
这一领域的发展非常之快，大约未来五年的时间里，透明集成电路可能就会在很广的范围内得以运用，大约数十年的时间内便可以改进传统的电子技术。科研人员认为许多透明电子技术的应用十分便宜而且有效，甚至可以用于不需要透明度的传统电路中。这些物质的电子特性非常好，它是每年需要投入数百万美元进行研究的组织聚合材料。俄勒冈州立大学的负责人，相信透明电子产品的开发以及与惠普公司的合作，具有十分重大的意义。
3．用石墨烯圆片制成首款集成电路
2011年6月，美国IBM公司托马斯·沃森研究中心专家林育明领导的研究小组，在《科学》杂志上发表研究成果称，他们研制出首款由石墨烯圆片制成的集成电路，向开发石墨烯计算机芯片前进了一步。有关专家认为，这项突破可能预示着，未来可用石墨烯圆片来替代硅晶片。
这块集成电路建立在一块碳化硅上，并且由一些石墨烯场效应晶体管组成。去年，该研究小组展示了首块基于石墨烯的晶体管，它能在100G赫兹的频率上运行。这一次，他们把它整合进一块完整的集成电路中。
不少研究人员在研制石墨烯晶体管和接收器中，遇到几大障碍：首先，石墨烯这种纤薄的单原子层薄片，很难同制造芯片所用的金属和合金匹配到一起。另外，在蚀刻过程中，石墨烯很容易受损。
林育明研究小组找到一种新方法，他们通过在一块碳化硅晶圆的硅面上种植石墨烯，清除了这些障碍。接着，他们把石墨烯包裹进一个聚合物内，进行必须的蚀刻过程，随后再用一些丙酮把这些聚合物清除掉。
研究人员表示，该晶体管门的长度仅为550纳米，整个集成电路仅为一颗盐粒那么大。而且，这种生产过程也可用于其他类型的石墨烯材料，包括把化学气相淀积石墨烯膜，合成在金属膜之上，也可用于光学光刻以改善成本和产能。
据介绍，这块集成电路是一个宽频无线电频率混频器，即无线电收音机的关键组件。科学家们表示，它混频最多可达10G赫兹，而且可以承受125℃的高温。
该研究小组认为，这块集成电路还可以运行得更快。届时，由这类集成电路制成的芯片，可以改进手机和无线电收发两用机的信号，未来，手机或许能在一般认为无法接收信号的地方工作。
IBM公司的研究人员表示，石墨烯场效应晶体管替代硅可能还需要一段时间，他们下一步，将继续改进这种集成电路的性能，其中包括使用对石墨烯导电性，不会造成损害的各种不同金属。
（二）研制新功能集成电路
1．研制具有节省能耗功能的集成电路
⑴研发出超级节能的微型芯片。2008年6月13日，美国密歇根大学发布新闻公报说，该校电子工程和计算机科学系的戴维·布洛乌领导的研究小组，开发出一种超级节能微型芯片，在正常工作模式下耗电量是普通芯片的1/10，在“睡眠模式”下用电量则低至三万分之一。
据悉，这一名为“凤凰处理器”的芯片，创造了低耗电量的新纪录。在“睡眠模式”下，它的能耗仅为30皮瓦(1皮瓦为一万亿分之一瓦)。从理论上讲，普通手表电池的电量足够这个芯片运行263年。
“凤凰处理器”的大小为1平方毫米。从大小来看，这款微型芯片并无特别之处，因为目前许多先进传感器和电子设备中的微型芯片，都是这一尺寸甚至更小。“凤凰处理器”的特别之处在于，它的电池小到了极致。
布洛乌介绍说，大多数情况下，处理器的电池都比处理器本身大很多。例如笔记本电脑的电池要比电脑处理器大很多，却只能提供几个小时的电力。由于“凤凰处理器”耗电量极低，因此电池尺寸及整个系统的尺寸大大降低。
这种微型芯片，可以应用到一系列的传感器系统中。该研究小组，已经把它应用到一种生物医学传感器中，用于监测青光眼患者的眼压。他们认为，将来还可以用许多这样的微型芯片形成一个传感器网络，用于监测空气和水源等。另外，还能将其置于混凝土中，用于监测建筑和桥梁的结构变化。
⑵制成能从环境取电的超低能耗集成电路。2011年8月，美国弗吉尼亚联邦大学的一个研究小组，在《应用物理快报》杂志上发表论文称，他们开发出一种或许是世界上能耗最低的集成电路。它所需的能量极少，甚至没有必要为其安装电池，从周围环境获取的微量能量就已足够维持运行。研究人员称，该技术有望在植入式医疗设备、浮标和环境检测等领域发挥重要作用。
这种电路，使用了一种被称为“多铁性材料”的特殊复合材料，由压电材料和磁致伸缩的纳米磁铁组成。这种结构的材料，能够把环境中的机械能或振动，转化为运行所需的能量，从而实现从环境取电的功能。
在数据存储和传输上，与用接通和断开来表示0和1的传统电路不同，这种集成电路，利用自旋电子学中电子自旋的两种状态，来代表二进制中的两个基础代码。因此，整个切换过程中该设备只需要非常小的能量。
研究人员称，由于选用了这些特殊材料，整个电路所需的能量只有0.4阿焦耳（1阿焦耳=10－18焦耳），这个数字比传统晶体管要小4个数量级。这种设计，可创造超低功耗、高密度、非易失性的存储器和逻辑芯片。
该技术在很多领域都有着潜在的应用前景，如在植入式医疗设备中使用时，可省去电池模块，从患者身体运动中即可获取能量；这种技术同样可以用在海上浮标的计算机中，海浪将是其源源不断的能量来源。此外，由这种技术制成的处理器，还适用于制造用来检测建筑或桥梁状态的传感器，建筑或桥梁的自然振动或来往车辆都能为其提供能量。
⑶研制能同时利用周围环境多种能源的芯片。2012年7月，美国麻省理工学院，电子工程和计算机科学系主任安桑娜·查达拉卡桑领导的研究小组，在美国电气和电子工程师协会出版的《固态电路杂志》上发表研究成果称，他们首次研制出一款能同时利用自然光、热和环境中的波动等能源的新式芯片。这种新式系统，有望最终用在生物医学设备、远程环境传感器、仪表等设备上，从而提高这些设备的性能。
该研究小组一直专注于研制，能在极低功率下运行的计算机和无线通讯芯片，以及能利用从自然光、热和环境中的波动等不同来源处，获取能量的多种设备，让能源利用达到最大化。
此前，查达拉卡桑的实验室，已经研制出多种能利用周围环境提供的单一能源，诸如身体和外部空气之间的温差、人的行走或公交工具经过桥梁时产生的震动等的微型设备。
研究人员解释到，把多种不同的环境能源提供的能量，结合在一起需要一个复杂的控制系统，一般而言，每种环境能源都需要一套控制电路来满足特定的需求。例如，捕捉热差值的电路一般只能产生0.02伏到0.15伏的电压；低能光伏电池产生的电压为0.2伏到0.7伏，而捕获振动系统产生的电压则高达5伏，因此，实时协调这些不同的能源，以产生持续的能源输出需要技巧。
研究人员表示，迄今为止，人们一般采用的办法，是让电池交替利用这些能源，每次利用能在给定时刻内产生更多能量，但这会让其他能源提供的能量白白浪费。而最新方法则在一个特定时刻，让芯片从一处能源那儿获取能量，并将从其他能源获取的能量，存储在电容器内，以后再把这提取出来使用，这就使得所有能源提供的能量都能被有效利用。
最新系统使用了创新性的双路结构。一般而言，能源主要被用来为储能设备如电池或电容器等充电，储能设备再为传感器或其他电路充电。但在该控制系统中，传感器可以直接从储能设备那儿获得能量，也可以越过存储设备，直接从能源那儿获得能量。
2．研制具有自我修复功能的电子芯片
⑴研发系统故障时能进行自我修复的新芯片。2004年8月，美国IBM公司正在研发一种芯片新功能，使得未来的芯片能够对自身进行监控、调节乃至修复，通过这项名为eFuse的功能设计，微处理器能够在系统需要或出现故障时，进行自我的动态调整。
该设计结合了当代的软件算法与微电子引信方法。通过该设计生产的芯片，可以根据需要随时提高芯片性能或规避故障。首先，当芯片需要提升性能或规避故障时，该设计可以自动进行感应，然后通过闭合芯片中的电子引信对芯片参数进行重新配置，以满足各项需求。这项设计可以对芯片能耗进行监控与管理，修复芯片故障，同时感应到各种变化。
通过该设计，芯片制造商能够对芯片进行灵活的修改，从而使得系统集成商更加贴近终端用户的需求。目前IBM公司的工业客户，已经可以使用该项设计，用于芯片测试、验证等方面的工作，这类工作现在都是人工完成的，主要是通过激光进行修复。而该设计完全是让芯片进行自我的测试与验证，并根据需要进行修改，这使得产品的成本与推出时间大大减少了。
目前，eFuse功能设计可用于多种芯片，包括IBM公司用于无线与有线通信设备的Power5，以及低能耗的SiGe处理器。IBM公司希望，这项设计以后的应用范围更加广泛，包括从手机到PC等各类设备上的芯片。
⑵研制能恢复电路导电性的自我修复电子芯片。2011年12月，美国伊利诺伊大学香槟分校的一个研究小组，在《先进材料》杂志上发表研究成果称，他们已经研制出一种新电路，能在崩溃时通过释放液体金属，恢复电路的导电性从而修复自身，研究人员未来可据此研制出能自我修复、因此寿命更长的电子芯片和电子设备，也有望解决星际旅行面临的大问题。
研究人员解释道，他们的构想是：利用最初导致芯片破损的压力“砸开”一个装载有修复材料的微胶囊，让释放出的修复材料填充在破损导致的缝隙中，让电流重新恢复工作。
为了测试这一想法，他们在玻璃上刻上金线图案以形成一个电路。接着，他们采用两种方法，一是把0.01毫米宽的微胶囊直接放在金线上；另一种则是把一块纤细的薄片加入0.2毫米的微胶囊中，随后把它嵌入金线中。这两种情况下使用的微胶囊，都包含有铟化镓共晶体。这种金属材料，具有高导电性和低熔点。随后，他们把这个设备，夹在一层玻璃和腈纶之间并通电。随后，研究人员弯曲电路让其产生裂缝，此时，监测电压为零。
研究人员表示，结果表明，这种破裂的微胶囊“治愈”了大部分测试电路，在一微秒之间就能让电压恢复到正常值。而且，研究表明，小一点的微胶囊每次都能修复设备，但其导电能力比修复成功率低些的大一点微胶囊弱，因此，不同大小的微胶囊结合在一起，有望获得更好的结果。研究人员接着对该设备进行4个月的监控，在这段时期内，导电能力没有损失。
该研究小组表示，这项成果可能是太空工业的福音。航空航天技术专家斯科特·怀特表示：“我认为，这一功能真正的应用领域，是那些设备出了故障很难修复或被取代的领域，只比如在星际旅行中，很难换出设备。”
研究人员希望采用这一过程，研制出使用寿命更长的可充电电池。他们表示，目前的可充电电池系统，在经过多次重复使用后会出故障的原因，主要是设备内部的微小损害中断了电流。如果解决这一问题，电动汽车用的电池有望使用十年或更长时间，使其维护成本大幅减少。研究人员也认为，这项功能有潜力为消费者提供更稳定的消费电子设备，从而节省资源，节约能源。
（三）研制集成电路的新技术
1．集成电路研制过程逐步攻克的新技术
⑴开发出在集成电路上控制碳纳米晶体管位置的新技术。2006年5月，美国IBM公司一个研究小组，在《纳米通讯》杂志上的文章说，他们开发出一种特殊纳米芯片制造工艺技术，使碳纳米管制成的晶体管在集成电路上“听从安排”。这是碳纳米管计算机研究方面取得的重大突破。
研究人员说，新的研究成果，突破碳纳米管计算机研发的“瓶颈”。碳纳米管制成的晶体管（简称碳纳米晶体管）在集成电路上的“自由散漫”分布，导致其难以像硅芯片那样应用于制造大规模集成电路，这一直以来也是科学家开发碳纳米管计算机的主要障碍。
研究人员表示，他们开发出能控制碳纳米晶体管位置，并使其按照设计意图排列的独特工艺。他们首先利用半导体印刷技术制成金属铝线，这些铝线能够起到像硅晶体管“开”与“关”的门电路作用。然后，对这些铝线进行氧化处理，使铝线表面留有很薄的氧化铝层，让它们成为碳纳米管吸附的材料。在经过有关溶剂浸泡后，碳纳米管按照设计的方向均匀地吸附到氧化铝薄层上，研究人员再在铝薄层的垂直面上加入钯等原料，最后做成碳纳米晶体管。
据介绍，在硅芯片晶体管接近其物理性能极限的当今，单壁碳纳米管被认为是未来替代硅芯片原料最佳候选材料。碳纳米晶体管将可以应用于大型集成电路，有助于研发超级运算速度和低能耗的微处理器。预计碳纳米晶体管的运算速度，将比目前看好的下一代硅芯片的还要快10倍，而且耗能更少。
研究人员同时表示，这项突破性技术成果在商业化之前，还有一些工作要做，以充分发挥碳纳米晶体管的潜能。需要改进的地方包括在金属钯电线上吸附碳纳米管，进一步提高碳纳米晶体管的可靠性，以及降低成本等问题。
⑵用碳纳米管与硅连接研制芯片的新技术。2014年2月，美国东北大学物理学副教授斯瓦迪克·卡尔领导，该校机械与工业工程系副教授容俊中、韩国庆熙大学教授权永昆等参加的一个研究团队，在《自然·光子学》杂志上发表论文称，他们用碳纳米管和硅混合连接开发新芯片，首次在一块电子芯片上整合了电子和光的性质，并开发出一系列基于这种芯片的创新型设备，为制造混合光电逻辑元件提供了一种可升级平台，也代表了未来光电计算机制造中的一项关键性突破。
卡尔说：“人们相信，最好的计算机是用电信号来处理而用光信号来传输。”为此，人们迫切需要一种芯片整合设备，既能用光输入，也能用电输入来进行逻辑操作。
2013年，卡尔和容俊中合作发现，如果把碳纳米管和硅连接，其界面上产生光感应电流的速度比传统光电二极管中的硅—金属界面更快。卡尔说：“这种能让电流‘突然激增’的性质，有助于我们设计出用光开关的先进设备。”
据物理学家组织网2月25日报道，他们利用这一发现，开发出一种新的基于光电二极管的逻辑设备，用碳纳米管和硅的混合连接，就可以用光和电两种输入来操控输出电流。他们还与权永昆合作，运行了这些连接的计算模型。
这些新开发的创新型设备，包括三种新元件和一个升级设备。第一种是“与门”(AND-gate)，需要同时有电子和光输入而产生一个输出，这种开关要两因素同时具备才会触发；第二种是“或门”(OR-gate)，只要两个感光器其中之一输入，就会产生一个输出；第三种是一个4-比特光电数字—模拟转换器，可用于把数字信号转换为模拟信号，比如把MP3文件的数字内容转换成真实音乐，这种能力非常重要。
升级设备是把25万个微芯片，集成在一个约平方1厘米的晶片上，就像一个摄像机传感器的前端。虽然这种设备要充分发挥功能还要更多微芯片，但目前可用来测试他们的汇编程序是否可重复。
研究人员指出，计算机即使要输出最简单的结果，每秒钟也得处理数十亿次计算步骤。如果每一步都能快一点点会怎样?卡尔说，要提高它们处理这些步骤的能力，就要从只提高一步开始，这就是我们所做的。
⑶研发同时具备逻辑与存储功能芯片的新技术。2014年12月15日，美国斯坦福大学电学工程与计算机科学教授萨博哈西斯·米特拉和菲利普·翁等人领导的研究小组，在旧金山召开的电气和电子工程师协会国际电子设备大会上报告说，他们开发出的四层“多层芯片”原型，底层和顶层是逻辑晶体管，中间是两层存储芯片层；垂直的管子是纳米级的电子“电梯”，连接逻辑层和存储层，让它们能一起工作解决问题。
左边是目前的单层电路卡，逻辑与存储芯片分隔在不同区，通过电线连接。就像城市街道，由于数据在逻辑区和存储区来来回回地传输，常会产生拥堵。右边是多层的逻辑芯片和存储芯片，形成一种“摩天大楼”式的芯片，数据通过纳米“电梯”实现立体传输，避免了拥堵。
几十年来，“更小、更快、更便宜”已成为推动电子设备发展的魔咒。最近，美国斯坦福大学研究小组又给它增加了第四个——更高。研究人员说，构建一种“多层”芯片，能大大提高目前电路卡上单层的逻辑和存储芯片的性能。
电路卡就像繁忙的城市，在存储芯片上存储数据，通过逻辑芯片计算。当计算机繁忙时，连接逻辑芯片与存储芯片的线路就会发生“数字交通拥堵”，而“多层”芯片能终结这种拥堵。
这种新方案能在存储层上叠加逻辑层，紧密且互相连接，通过数千个纳米级的电子“电梯”在各层之间运输数据，将比目前单层逻辑芯片和存储芯片间的连线速度更快，耗电更少。
据研究小组介绍，他们的创新研究取得了三项突破：第一是制造晶体管的新技术，晶体管是微小的门，通过开关电流来代表1和0；第二是新型的计算机存储器，具有多层结构；第三是把制造逻辑门和存储器的新技术整合在一起，成为多层结构的新技术，这与以往的堆叠芯片完全不同。
米特拉说：“这项研究还在早期阶段，但我们的设计和制造技术是可升级的。”，“随着今后的发展，这种结构将会使计算机性能大大提高，超过现有任何计算机。”
菲利普·翁说：“这种芯片的原型已在2013年的国际电子器件大会上展出过，显示了怎样把逻辑和存储芯片，结合到一种能大规模生产的三维结构上。可以说，这改变了芯片的范式。有了这种新结构，电子制造业会把你手中的计算机变成强大的超级计算机。”
研究人员认为，工程师几十年前就已造出了硅芯片。但无论手机还是平板电脑都会发热，放出热量的大小也能显示其内部问题。即使把它们关上，有时也会有电从硅晶体管中泄露。用户会感觉到热，对系统本身来说，这种泄露也会耗尽电池，浪费电力。研究人员正致力于解决这一难题，比如用碳纳米管晶体管。
碳纳米管非常纤细，20亿根才有一根头发粗细，所以漏电要比硅少得多。在米特拉和菲利普·翁的第二篇会议论文中，介绍了他们是怎样制造性能最高的碳纳米管晶体管的。用以往的生产碳纳米管的标准工艺，造出的纳米管密度不够致密。他们攻克了这一难题，开发出一种灵活的技术，能把足够多的碳纳米管打包在足够小的面积里，以制造有用的芯片。
他们先在圆形石英晶片上用标准方法生产碳纳米管，然后增加厚度到一定量，再用黏合法把整个碳纳米管层从石英介质上剥离，放到硅晶片上。这种硅晶片就是他们多层芯片的基础。
研究人员先要制造密度足够大的碳纳米管层，才能制造出高性能的逻辑设备。他们按这种工艺重复13次，在石英晶片上生长了一大堆碳纳米管，然后用转移技术剥离，把它们沉淀在硅晶片上。用这种简捷的技术来固定，他们造出了一些迄今密度最高、性能最好的碳纳米管。他们还证明了，在制造多层芯片时，能在超过一个逻辑层上实施这种技术。
造出高性能的碳纳米管晶体管层，只是多层芯片的一部分，在每层碳纳米管晶体管层上直接制作出存储芯片也同样重要。菲利普·翁是制造这种存储器的领导者。他设计的新型存储器与目前的存储器完全不同，不是以硅为基础，而是用氮化钛、二氧化铪和铂，构成一种金属-氧化物-金属的夹层结构，从一个方向通电会产生电阻，而反向通电则能导电。从电阻到导电状态的改变，就是这种新存储技术形成数字0和1的方式，所以它的名字就叫做电阻式随机存取存储器。
这种存储器比目前的存储器耗电更少，在移动设备上使用能延长电池寿命。这种新的存储技术也是制造多层芯片的关键，因为它能以比硅存储器更低的温度制造。
⑷把新型功能材料集成到硅芯片上的新技术。2016年7月21日，美国北卡罗来纳州立大学发布新闻公报称，该校电子专家与美国陆军研究办公室联合组成的研究小组，在《应用物理评论》期刊上发表研究成果称，他们开发出一种新技术，可将多铁性材料等新型功能材料，集成至计算机芯片上。这一技术，将有助于未来制造出更轻巧、智能的电子设备和系统。新闻公报中称，研究人员已为此项集成技术申请了专利。
一些新型功能材料，如具有铁电和铁磁性质的多铁性材料、表面有导电性能的拓扑绝缘体及新型铁电材料等，在传感器、非易失性存储器及微机电领域有很好的应用前景。但这些材料目前面临的一个难题是，至今它们都不能被集成到硅芯片上。
此次，该研究小组开发出一种被称为“薄膜外延法”的新技术。他们设计了两种可与硅兼容的板层——氮化钛板层和钇稳定氧化锆板层，作为连接新功能材料与不同电子产品硅芯片的底层基质(平台)，然后利用其开发的一套缓冲薄膜，将功能材料与硅芯片集成在一起。这些薄膜一面与新型功能材料的晶体结构结合，另一面与底层基质结合，从而起到有效的连接作用。研究人员称，集成的功能材料不同，所使用的薄膜组合也不同。比如，集成多铁性材料会使用氮化钛、氧化镁、氧化锶和镧锶锰氧化物这4种类型的薄膜组合；而集成拓扑绝缘体则仅会使用氧化镁和氮化钛两种薄膜。
研究人员表示，将新型功能材料与硅芯片集成，会使很多过去认为不可能的事成为可能。如仅用一个紧凑的芯片即可完成数据探测、采集、处理任务，这有助于设计出更高效、轻巧的设备。此外，有了这一方法，还可克服目前发光二极管所用蓝宝石衬底无法与计算机设备兼容的难题，在芯片上创建发光二极管，设计出“智能灯”。
2．集成电路研制过程发现的新技术
认为DNA“折纸术”有助于研发更快更廉芯片。2016年3月，美国杨百翰大学学者亚当·伍利博士领导的研究团队，在美国化学学会第251届全国会议暨博览会上提交研究成果称，为了使计算机芯片速度更快、价格更便宜，电子产品制造商往往采用削减生产成本或者缩小元件尺寸的方法。对此，他们认为，DNA“折纸术”可能有助于实现这一目标。
伍利说，DNA的体积非常小，具有碱基配对和自组装的能力，而目前电子厂商生产的芯片最小为14纳米制程，这比单链DNA的直径大10倍以上，也就是说，DNA可成为构筑更小规模芯片的基础。
DNA最为人熟知的是由两条单链构成的双螺旋结构。其“折纸术”则是通过将一条长的DNA单链与一系列经过设计的短DNA片段进行碱基互补，从而可控地构造出高度复杂的纳米结构。但伍利研究团队，并没满足仅仅复制通常在传统的二维电路中使用的扁平结构。他们使用DNA作为支架，然后将其他材料组装到DNA上，形成电子器件。具体是利用DNA“折纸术”组装了一个三维管状结构，让其竖立在作为芯片底层的硅基底上，然后尝试着用额外的短链DNA，将金纳米粒子等其他材料“系”在管子内特定位点上。
伍利表示，在二维芯片上放置元件的密度是有限的，而三维芯片上可以整合更多的元件。但问题是，DNA的导电性能太差。研究人员为此正在测试管子的特性，并计划在管子内部加入更多组件，最终形成一个半导体。
该研究团队的最终目标是把这种管子，或者其他通过DNA“折纸术”搭建的结构，放到硅基底的特定位置，并打算把金纳米粒子与半导体纳米线连成一个电路。
伍利指出，传统芯片制造设施的成本超过10亿美元，部分原因在于生产尺寸极小的芯片组件需要价格昂贵的设备，并且多步骤生产过程需要数百台仪器。相比之下，如果将DNA“折纸术”这种自组装技能应用于制造计算机电路，将大大节约成本。
