美国的微芯片工厂可以把数十亿个数据处理晶体管塞到一个小小的硅芯片上，但是一个关键的设备，本质上是一个“时钟”，为这些晶体管的运行计时，必须单独制造——这在芯片安全和供应链上造成了一个弱点。一种新方法使用商业芯片fab材料和技术制造专用晶体管，作为该计时设备的构建块，解决了弱点，并通过增强集成实现了新功能。

普渡大学电气与计算机工程教授达纳·韦恩斯坦(Dana Weinstein)说:“你将有一个芯片可以做所有事情，而不是必须集成多个芯片、多种制造方法和多种材料集——通常是在海外。”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，这种性质的进步可以解决供应链、国家安全和硬件安全方面的多重问题。通过将整个时钟移动到处理器内部，可以增强设备对时钟故障攻击的抵抗力，并且可以实现诸如封装芯片的声学指纹检测等新功能。”

像所有的晶体管(现代微电子学的基础设备)一样，finfet是一个电压激活的开/关门。顾名思义，FinFET是通过半导体材料的鳍片，使电流通过栅极。在闭合或关闭状态下，鳍片不导电。施加在栅极顶部的电压在翅片中形成电荷，允许电流以开或开的状态流动。

但是所有电子设备中使用的微处理器、传感器和无线电必须同步晶体管才能运行。这样做的设备是建立在声音上的，一些结构发出的共振频率，就像一个玻璃碗发出ping信号时发出特定的声音一样。这种所谓的声学谐振器的有规律的重复波作为一种节奏，被纳入一个更大的微机电系统，并用于标记时间。目前商用的微机电谐振器不能用标准的芯片制造工艺制造，必须单独制造，然后与微芯片捆绑使用。

Weinstein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来构建一个声学谐振器。在《自然电子学》杂志最近发表的一篇论文中，她的研究团队报告了迄今为止最先进的设计。使用GlobalFoundries位于纽约的Fab 8工厂运行的商业工艺，并在GlobalFoundries 14LPP FinFET技术设计手册中进行了描述，团队成员制造了一组专门的FinFET，能够产生8-12千兆赫的频率，超过了微处理器的典型本机时钟速率。

这个优雅的解决方案本质上是将数据处理晶体管重新改造成计时装置。

“通过我们的方法，芯片工厂通过与计算机中央处理器或其他应用相同的流程来运行该设备，”普渡大学电气与计算机工程研究生、《自然电子》杂志论文的第一作者杰克逊·安德森(Jackson Anderson)说。“当微处理器和其他组件完成时，谐振器也完成了。它不需要进一步制造，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引导电流作为二进制代码中的0和1，但所有晶体管也可以用作电容器来存储和释放电荷。Weinstein的团队正是利用“驱动”晶体管阵列来实现这一点，在鳍片和栅极之间挤压并释放一层薄薄的介电材料。

Jackson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——一个压缩，一个拉伸——在设备中横向构建振动。”

驱动晶体管的大小可以引导和放大振动，使其建立在特定的谐振频率上。这反过来又会拉伸和压缩相邻一组“感应”晶体管中的半导体材料，从而改变流经这些晶体管的电流特性，将振动转化为电信号。

“你拥有的每一块高性能电子器件都使用finfet，”韦恩斯坦说。“集成这些功能可以提升我们的微电子能力，而不仅仅是数字微处理器。如果技术发生变化，我们可以适应，但我们将继续推进集成微处理器系统。”