[发明专利]三维堆叠的全透明微处理器

说明书

本发明公开了一种三维堆叠的全透明微处理器，其部分或全部电路可执行指令控制及算术逻辑的功能，三维堆叠的全透明微处理器由多个不同功能的透明电路层直接堆叠构成，每层电路层均由透明薄膜晶体管构成，不同透明电路层之间通过绝缘层屏蔽，并通过开设通孔及沉积透明导电材料实现层间互连。所述的微处理器还包含有反相器，所述的反相器是由两个为增强型薄膜晶体管、两个耗尽型薄膜晶体管构成的反馈型反相器；本发明的微处理器采用三维堆叠的结构，相较传统CMOS技术和薄膜晶体管技术减少了75％的面积，降低了成本，提高了片内数据传输速度，所采用的反相器电路采用高增益、大噪声容限的设计，提高了电路性能。

技术领域

本发明涉及电子产品等具有数字智能化的设备的全透明微处理器，特别是一种采用三维堆叠结构的全透明微处理器。

背景技术

1971年，英特尔公司推出了世界上第一款微处理器4004。自此以后的四十多年间，微处理器技术特别是个人电脑终端的CPU发展迅速，到如今技术已经十分成熟。但传统硅基CMOS与金属互连线技术使得现有的微处理器技术再继续按照既定思路发展下去时遇到了很大的瓶颈，一方面随着沟道长度的不断减小，摩尔定律即将失效，另一方面片外与片内的低速度数据交互严重制约了CPU的高速度工作，使得微处理器没法发挥出极致的性能。在追求性能和速度的今天，这样的技术妥协的弊端越来越多的展现在我们面前，因此提高数据传输速率成为关键。同样，在微处理器作为核心模块的智能家电、IOT设备以及个人穿戴设备等消费电子领域，传统CMOS技术的高成本使得现有的智能设备不得不在成本和性能的博弈上做出妥协，制约了其市场占有率。而且现有的移动端微处理器体积大、不透明，难于集成在穿戴设备上，进而厂商很难进一步缩小其产品体积，也很难进一步提高穿戴设备工作的准确性和穿戴的舒适性。就如现在的智能眼镜，虽然其已经成功做到了智能化，但是由于硅基CMOS技术的限制，导致其主体体积依然很大，如果微处理器能够集成在镜片玻璃上，那么这样既能不遮挡视线，又可以完成智能化工作。因此，开发出一种低成本、体积小又便于集成的三维堆叠的全透明微处理器技术必将获得巨大的商业价值与应用前景。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种三维堆叠的全透明微处理器。该微处理器采用全堆叠结构实现，且采用特制的具有高增益、大噪声容限的反相器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种三维堆叠的全透明微处理器，其部分或全部电路可执行指令控制及算术逻辑的功能，三维堆叠的全透明微处理器由多个不同功能的透明电路层直接堆叠构成，每层电路层均由透明薄膜晶体管构成，不同透明电路层之间通过绝缘层屏蔽，并通过开设通孔及沉积透明导电材料实现层间互连。

上述技术方案中，所述的微处理器中包含反相器，所述的反相器由四个薄膜晶体管构成，其中两个为增强型，两个为耗尽型；第一耗尽型晶体管漏极接电源，第二增强型晶体管栅极接输入，源极接地，漏极接第一耗尽型晶体管源极，第三耗尽型晶体管漏极接电源，栅极接第一耗尽型晶体管源极和第二增强型晶体管的漏极，源极接第一耗尽型晶体管栅极、第四增强型晶体管漏极共同接输出，第四增强型晶体管栅极接输入，源极接地。

进一步的，所述的增强型薄膜晶体管的有源层为以下元素中的一种组成的氧化物或多种复合组成的氧化物：锌、锡、铟、铝、铜、镓、银。

进一步的，所述的耗尽型薄膜晶体管是对增强型薄膜晶体管的有源层实施离子注入或紫外波长光源照射得到的。

进一步的，所述离子注入时注入粒子为氟或氘的轻质量离子，紫外光源波长为350nm-150nm。

进一步的，所述的微处理器中还包括多路选择器，所述的多路选择器由多个增强型薄膜晶体管构成，所有的栅极用于接入控制信号，源极漏极作为数据传输线。

进一步的，所述的不同功能的透明电路层包括输入输出层、存储层、逻辑运算层及接口层。