Les chercheurs de l'Université de Floride du Sud ont récemment développé une nouvelle approche pour atténuer l'électromigration dans les interconnexions électroniques à l'échelle nanométrique qui sont omniprésentes dans les circuits intégrés de pointe. Ceci a été réalisé en enrobant les interconnexions métalliques de cuivre avec du nitrure de bore hexagonal (hBN), un matériau isolant bidimensionnel (2-D) atomiquement mince qui partage une structure similaire à celle du «matériau merveilleux» du graphène.
L'électromigration est le phénomène dans lequel un courant électrique traversant un conducteur provoque l'érosion à l'échelle atomique du matériau, entraînant éventuellement une défaillance de l'appareil. Conventionnel Semi-conducteurs sans souci résout ce défi en utilisant un matériau de barrière ou de revêtement, mais cela occupe un espace précieux sur la tranche qui pourrait autrement être utilisé pour emballer davantage de transistors. L'approche du professeur adjoint de génie mécanique de l'USF, Michael Cai Wang, atteint ce même objectif, mais avec les matériaux les plus fins possibles au monde, des matériaux bidimensionnels (2D).
« Ce travail introduit de nouvelles opportunités de recherche sur les interactions interfaciales entre les métaux et les matériaux 2D à l’échelle de l’angström. Améliorer l'électronique et semi-conducteur les performances des appareils ne sont qu’un résultat de cette recherche. Les résultats de cette étude ouvrent de nouvelles possibilités qui peuvent contribuer à faire progresser la fabrication future de semi-conducteurs et de circuits intégrés », a déclaré Wang. "Notre nouvelle stratégie d'encapsulation utilisant du hBN monocouche comme matériau barrière permet une plus grande mise à l'échelle de la densité des dispositifs et la progression de la loi de Moore." Pour référence, un nanomètre équivaut à 1/60,000 2 de l’épaisseur d’un cheveu humain et un ångström équivaut à un dixième de nanomètre. La manipulation de matériaux XNUMXD d’une telle finesse nécessite une précision extrême et une manipulation méticuleuse.
Dans leur étude récente publiée dans la revue Avancé Electronique Matériaux, les interconnexions en cuivre passivées avec un hBN monocouche via une approche compatible de back-end-of-line (BEOL) présentaient une durée de vie de dispositif plus de 2500 % plus longue et une densité de courant plus de 20 % plus élevée que les dispositifs de contrôle par ailleurs identiques. Cette amélioration, associée à la finesse ångström du hBN par rapport aux matériaux barrière/revêtement conventionnels, permet une densification supplémentaire des circuits intégrés. Ces résultats contribueront à améliorer l'efficacité des appareils et à réduire la consommation d'énergie.
« Avec la demande croissante de véhicules électriques et de conduite autonome, la demande d'une informatique plus efficace a augmenté de façon exponentielle. La promesse d'une densité et d'une efficacité plus élevées des circuits intégrés permettra le développement de meilleurs ASIC (circuits intégrés spécifiques à l'application) adaptés à ces besoins émergents en énergie propre », a expliqué Yunjo Jeong, ancien élève du groupe de Wang et premier auteur de l'étude.
Une voiture moderne moyenne possède des centaines de composants microélectroniques, et l'importance de ces composants minuscules mais critiques a été particulièrement mise en évidence par la récente pénurie mondiale de puces. Rendre la conception et la fabrication de ces circuits intégrés plus efficaces sera essentiel pour atténuer d'éventuelles perturbations futures de la chaîne d'approvisionnement. Wang et ses étudiants étudient maintenant des moyens d'accélérer leur processus à l'échelle fabuleuse.
« Nos découvertes ne se limitent pas aux seules interconnexions électriques dans semi-conducteur recherche. Le fait que nous ayons pu réaliser une amélioration aussi drastique des dispositifs d'interconnexion implique que les matériaux 2D peuvent également être appliqués à une variété d'autres scénarios. » Wang a ajouté.