طور باحثو جامعة جنوب فلوريدا مؤخرًا نهجًا جديدًا لتخفيف الهجرة الكهربائية في الوصلات الإلكترونية النانوية المنتشرة في كل مكان في الدوائر المتكاملة الحديثة. تم تحقيق ذلك عن طريق طلاء المعدن النحاسي المترابط مع نيتريد البورون سداسي الأضلاع (hBN) ، وهي مادة عازلة ذريًا ثنائية الأبعاد (2-D) تشترك في بنية مماثلة مثل الجرافين "المادة العجيبة".
الهجرة الكهربائية هي الظاهرة التي يتسبب فيها التيار الكهربي الذي يمر عبر موصل في تآكل المادة على المستوى الذري ، مما يؤدي في النهاية إلى فشل الجهاز. عادي أشباه الموصلات التكنلوجيا يعالج هذا التحدي باستخدام حاجز أو مادة بطانة، ولكن هذا يشغل مساحة ثمينة على الرقاقة التي يمكن استخدامها لتعبئة المزيد من الترانزستورات. يحقق النهج الذي يتبعه البروفيسور المساعد في الهندسة الميكانيكية بجامعة جنوب فلوريدا مايكل كاي وانغ نفس الهدف، ولكن باستخدام أنحف المواد الممكنة في العالم، وهي مواد ثنائية الأبعاد (2-D).
"يقدم هذا العمل فرصًا جديدة للبحث في التفاعلات البينية بين المعادن والمواد ثنائية الأبعاد بمقياس أنجستروم. تحسين الإلكترونية و أشباه الموصلات أداء الجهاز هو مجرد نتيجة واحدة لهذا البحث. وقال وانغ: "إن نتائج هذه الدراسة تفتح إمكانيات جديدة يمكن أن تساعد في تطوير التصنيع المستقبلي لأشباه الموصلات والدوائر المتكاملة". "إن إستراتيجيتنا الجديدة للتغليف باستخدام طبقة واحدة من مادة hBN كمادة عازلة تمكننا من توسيع نطاق كثافة الجهاز وتطور قانون مور." كمرجع، النانومتر هو 1/60,000 من سمك شعرة الإنسان، والأنجستروم هو عُشر النانومتر. يتطلب التعامل مع مواد ثنائية الأبعاد بهذه النحافة دقة بالغة ومعالجة دقيقة.
في دراستهم الأخيرة المنشورة في المجلة متقدم إلكتروني المواد ، أظهرت الوصلات النحاسية التي تم تخميلها باستخدام hBN أحادي الطبقة عبر نهج متوافق مع نهاية الخط (BEOL) أكثر من 2500٪ عمر أطول للجهاز وأكثر من 20٪ كثافة تيار أعلى من أجهزة التحكم المماثلة. هذا التحسين ، إلى جانب النحافة ångström لـ hBN مقارنةً بمواد الحاجز / البطانة التقليدية ، يسمح بمزيد من التكثيف للدوائر المتكاملة. ستساعد هذه النتائج على تعزيز كفاءة الجهاز وتقليل استهلاك الطاقة.
"مع تزايد الطلب على السيارات الكهربائية والقيادة الذاتية ، نما الطلب على الحوسبة الأكثر كفاءة بشكل كبير. إن الوعد بزيادة كثافة الدوائر المتكاملة وكفاءتها سيمكن من تطوير ASICs (الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات) المصممة خصيصًا لاحتياجات الطاقة النظيفة الناشئة "، أوضح Yunjo Jeong ، أحد خريجي مجموعة Wang والمؤلف الأول للدراسة.
تحتوي السيارة الحديثة المتوسطة على مئات من المكونات الإلكترونية الدقيقة ، وقد تم تسليط الضوء بشكل خاص على أهمية هذه المكونات الدقيقة والحاسمة من خلال النقص العالمي الأخير في الرقائق. سيكون جعل تصميم وتصنيع هذه الدوائر المتكاملة أكثر كفاءة هو المفتاح للتخفيف من الاضطرابات المستقبلية المحتملة في سلسلة التوريد. يبحث وانج وطلابه الآن عن طرق لتسريع العملية إلى مستوى فاب.
"النتائج التي توصلنا إليها لا تقتصر فقط على الوصلات الكهربائية في أشباه الموصلات ابحاث. حقيقة أننا كنا قادرين على تحقيق مثل هذا التحسين الجذري لجهاز الربط البيني يعني أنه يمكن أيضًا تطبيق المواد ثنائية الأبعاد على مجموعة متنوعة من السيناريوهات الأخرى ". وأضاف وانغ.