Los investigadores de la Universidad del Sur de Florida desarrollaron recientemente un enfoque novedoso para mitigar la electromigración en interconexiones electrónicas a nanoescala que son omnipresentes en los circuitos integrados de última generación. Esto se logró recubriendo las interconexiones de cobre y metal con nitruro de boro hexagonal (hBN), un material aislante bidimensional (2-D) atómicamente delgado que comparte una estructura similar a la del grafeno "material maravilloso".
La electromigración es el fenómeno en el que una corriente eléctrica que pasa a través de un conductor provoca la erosión del material a escala atómica, lo que eventualmente resulta en la falla del dispositivo. Convencional Semiconductores la tecnología aborda este desafío mediante el uso de una barrera o material de revestimiento, pero esto ocupa un espacio precioso en la oblea que de otro modo podría usarse para empaquetar más transistores. El enfoque del profesor asistente de ingeniería mecánica de la USF, Michael Cai Wang, logra el mismo objetivo, pero con los materiales más delgados posibles del mundo, materiales bidimensionales (2-D).
“Este trabajo presenta nuevas oportunidades para la investigación de las interacciones interfaciales entre metales y materiales bidimensionales a escala de ångström. Mejorar la electrónica y semiconductor El rendimiento del dispositivo es solo un resultado de esta investigación. Los hallazgos de este estudio abren nuevas posibilidades que pueden ayudar a avanzar en la fabricación futura de semiconductores y circuitos integrados”, afirmó Wang. "Nuestra novedosa estrategia de encapsulación utilizando hBN de una sola capa como material de barrera permite un mayor escalamiento de la densidad del dispositivo y la progresión de la Ley de Moore". Como referencia, un nanómetro es 1/60,000 del grosor del cabello humano y un ångström es una décima parte de un nanómetro. La manipulación de materiales bidimensionales de tal delgadez requiere una precisión extrema y un manejo meticuloso.
En su reciente estudio publicado en la revista Avanzado Electronic Materiales, las interconexiones de cobre pasivadas con una monocapa hBN a través de un enfoque compatible con el back-end-of-line (BEOL) exhibieron una vida útil del dispositivo más de un 2500% más larga y una densidad de corriente más de un 20% más alta que los dispositivos de control idénticos. Esta mejora, junto con la delgadez ångström del hBN en comparación con los materiales de barrera / revestimiento convencionales, permite una mayor densificación de los circuitos integrados. Estos hallazgos ayudarán a mejorar la eficiencia del dispositivo y disminuir el consumo de energía.
“Con la creciente demanda de vehículos eléctricos y conducción autónoma, la demanda de computación más eficiente ha crecido exponencialmente. La promesa de una mayor densidad y eficiencia de circuitos integrados permitirá el desarrollo de mejores ASIC (circuitos integrados específicos de la aplicación) adaptados a estas necesidades emergentes de energía limpia ”, explicó Yunjo Jeong, alumno del grupo de Wang y primer autor del estudio.
Un automóvil moderno promedio tiene cientos de componentes microelectrónicos, y la importancia de estos componentes pequeños pero críticos se ha destacado especialmente a través de la reciente escasez global de chips. Hacer que el diseño y la fabricación de estos circuitos integrados sean más eficientes será clave para mitigar posibles interrupciones futuras en la cadena de suministro. Wang y sus estudiantes ahora están investigando formas de acelerar su proceso a una escala fabulosa.
“Nuestros hallazgos no se limitan solo a las interconexiones eléctricas en semiconductor investigar. El hecho de que pudiéramos lograr una mejora tan drástica de los dispositivos de interconexión implica que los materiales 2-D también se pueden aplicar a una variedad de otros escenarios ". Wang agregó.