微芯片製造可以將數十億的數據處理晶體管擠在一個小小的矽芯片上，但一個關鍵的裝置，實質上是一個”時鐘”，為這些晶體管的運行計時卻必須單獨製造–這在芯片安全和供應線上造成了一個薄弱點。一種新的方法使用商業芯片廠的材料和技術來製造專門的晶體管，作為這種計時裝置的構件，解決了這個薄弱點，並通過加強集成實現了新的功能。

一種在標準芯片廠中用一組專門的晶體管製造對所有微處理器至關重要的”時鐘”的新方法解決了安全和供應鏈問題。

普渡大學電氣和計算機工程系教授Dana Weinstein說：”我們有了一顆能做所有事情的芯片，而不是多顆芯片，多種製造方法，以及必須集成的多種材料組–通常是在海外完成，美國有必要推進其在芯片製造方面的能力，這種性質的進步解決了供應鏈、國家安全和硬件安全方面的多種問題。通過將整個時鐘移到處理器內，可以加強設備對時鐘跳動攻擊的防範，你還可以實現新的功能，如對包裝好的芯片進行聲學指紋檢測。”

Weinstein正在用生產行業標準的鰭式場效應晶體管（FinFET）的工藝開發聲學共振器。像所有的晶體管–支撐現代微電子的器件–FinFET是一個電壓激活的開/關門。顧名思義，FinFET沿著貫穿柵極的半導體材料翅片傳遞電流。在閉合或關閉狀態下，鰭片不導電，施加在柵極頂部的電壓在鰭片中建立了一個電荷，允許電流在開放或開啟狀態下流動。

但是，晶體管必須同步進行操作，以用於所有電子設備中的微處理器、傳感器和無線電。做到這一點的設備是建立在聲音基礎上的，即一些結構發出的共振頻率，就像一個玻璃碗在被敲擊時可能會發出一個特定的音符。這種所謂的聲學共振器的有規律的重複波作為一種節奏，被納入一個更大的微電子機械系統，用來標記時間。目前的商用微電子機械諧振器不能在標準的芯片製造過程中製造，必須單獨製造，然後與微芯片捆綁使用。

Weinstein的創新是利用標準互補金屬氧化物半導體芯片廠現有的材料和製造技術來建立一種集成的聲學共振器。在《自然-電子學》雜誌最近發表的一篇論文中，她的研究團隊報告了迄今為止最先進的設計。利用在紐約GlobalFoundries Fab 8工廠運行的商業工藝以及GlobalFoundries 14LPP FinFET技術設計手冊中的描述，團隊成員製造了一套專門的FinFET，能夠產生8-12千兆赫的頻率，這超過了微處理器的典型原生時鐘速率。

這個解決方案本質上是將數據處理晶體管重新用於計時裝置。普渡大學電氣和計算機工程系研究生、《自然-電子學》論文第一作者傑克遜-安德森說：”用我們的方法，芯片廠通過他們用於計算機中央處理單元或其他應用的相同過程運行這個裝置。當微處理器和其他組件完成後，諧振器也完成了。它不必經過進一步的製造，也不必被送到其他地方與單獨的微處理器芯片集成。”

儘管晶體管的開啟或關閉狀態通常引導電流作為二進制代碼的0和1，但所有的晶體管也可以作為電容器來存儲和釋放電荷。團隊正是用”驅動”晶體管陣列來做這件事，擠壓和釋放鰭片和柵極之間的一層薄薄的電介質材料。

“我們正在擠壓柵極和半導體之間的那些層，推拉柵極和鰭片之間的那個薄區域，”傑克遜說。”我們在相鄰的晶體管上交替這樣做–一個壓縮，一個拉伸–在設備中橫向建立振動效應。”

驅動晶體管的大小是為了引導和放大振動，使其在自身上形成一個特定的共振頻率。這反過來又拉伸和壓縮了相鄰的一組”感應”晶體管中的半導體材料，從而改變了這些晶體管上的電流特性，將振動轉化為電信號。

“人們現在擁有的每一件高性能電子產品都使用了FinFET，”Weinstein說。”整合這些功能推進了我們的微電子能力，不僅僅是數字微處理器。如果技術發生變化，我們可以適應，但我們將以一個集成的微處理器系統向前邁進。”