Para peneliti University of South Florida baru-baru ini mengembangkan pendekatan baru untuk mengurangi migrasi listrik dalam interkoneksi elektronik skala nano yang ada di mana-mana dalam sirkuit terpadu yang canggih. Ini dicapai dengan melapisi interkoneksi logam tembaga dengan boron nitrida heksagonal (hBN), bahan isolasi dua dimensi (2-D) yang tipis secara atomik yang memiliki struktur serupa dengan graphene "bahan ajaib".
Elektromigrasi adalah fenomena di mana arus listrik melewati konduktor menyebabkan erosi skala atom material, akhirnya mengakibatkan kegagalan perangkat. Konvensional Semikonduktor teknologi mengatasi tantangan ini dengan menggunakan bahan penghalang atau pelapis, namun hal ini memakan ruang berharga pada wafer yang dapat digunakan untuk mengemas lebih banyak transistor. Pendekatan teknik mesin USF Asisten Profesor Michael Cai Wang mencapai tujuan yang sama, tetapi dengan material setipis mungkin di dunia, material dua dimensi (2-D).
“Pekerjaan ini memperkenalkan peluang baru untuk penelitian interaksi antarmuka antara logam dan material 2-D skala ångström. Meningkatkan elektronik dan semikonduktor kinerja perangkat hanyalah salah satu hasil penelitian ini. Temuan dari penelitian ini membuka kemungkinan baru yang dapat membantu memajukan manufaktur semikonduktor dan sirkuit terpadu di masa depan,” kata Wang. “Strategi enkapsulasi baru kami yang menggunakan hBN satu lapis sebagai bahan penghalang memungkinkan penskalaan kepadatan perangkat lebih lanjut dan perkembangan Hukum Moore.” Sebagai referensi, satu nanometer sama dengan 1/60,000 ketebalan rambut manusia, dan satu ångström sama dengan sepersepuluh nanometer. Memanipulasi material 2-D dengan ketipisan seperti itu memerlukan ketelitian ekstrem dan penanganan yang cermat.
Dalam studi terbaru mereka yang diterbitkan dalam jurnal Advanced Elektronik bahan, interkoneksi tembaga yang dipasifkan dengan hBN monolayer melalui pendekatan yang kompatibel dengan back-end-of-line (BEOL) menunjukkan masa pakai perangkat lebih dari 2500% lebih lama dan kepadatan arus lebih dari 20% lebih tinggi daripada perangkat kontrol yang identik. Peningkatan ini, ditambah dengan ketipisan ngström dari hBN dibandingkan dengan bahan penghalang/pelapis konvensional, memungkinkan densifikasi sirkuit terpadu lebih lanjut. Temuan ini akan membantu meningkatkan efisiensi perangkat dan mengurangi konsumsi energi.
“Dengan meningkatnya permintaan untuk kendaraan listrik dan pengemudian otonom, permintaan untuk komputasi yang lebih efisien telah tumbuh secara eksponensial. Janji kepadatan dan efisiensi sirkuit terpadu yang lebih tinggi akan memungkinkan pengembangan ASIC yang lebih baik (sirkuit terintegrasi khusus aplikasi) yang disesuaikan dengan kebutuhan energi bersih yang muncul ini,” jelas Yunjo Jeong, alumnus dari kelompok Wang dan penulis pertama studi tersebut.
Sebuah mobil modern rata-rata memiliki ratusan komponen mikroelektronika, dan pentingnya komponen kecil namun penting ini secara khusus disorot melalui kekurangan chip global baru-baru ini. Membuat desain dan pembuatan sirkuit terpadu ini menjadi lebih efisien akan menjadi kunci untuk mengurangi kemungkinan gangguan rantai pasokan di masa mendatang. Wang dan murid-muridnya sekarang sedang menyelidiki cara untuk mempercepat proses mereka ke skala yang luar biasa.
“Temuan kami tidak terbatas hanya pada interkoneksi listrik di semikonduktor penelitian. Fakta bahwa kami dapat mencapai peningkatan perangkat interkoneksi yang begitu drastis menyiratkan bahwa materi 2-D juga dapat diterapkan ke berbagai skenario lain.” Wang menambahkan.