I ricercatori della University of South Florida hanno recentemente sviluppato un nuovo approccio per mitigare l'elettromigrazione nelle interconnessioni elettroniche su nanoscala che sono onnipresenti nei circuiti integrati all'avanguardia. Ciò è stato ottenuto rivestendo le interconnessioni metalliche di rame con nitruro di boro esagonale (hBN), un materiale isolante bidimensionale (2-D) atomicamente sottile che condivide una struttura simile al grafene "materiale meraviglioso".
L'elettromigrazione è il fenomeno in cui una corrente elettrica che passa attraverso un conduttore provoca l'erosione su scala atomica del materiale, con conseguente guasto del dispositivo. Convenzionale Semiconduttore la tecnologia affronta questa sfida utilizzando un materiale barriera o di rivestimento, ma questo occupa spazio prezioso sul wafer che potrebbe altrimenti essere utilizzato per racchiudere più transistor. L'approccio del professore assistente di ingegneria meccanica dell'USF Michael Cai Wang raggiunge questo stesso obiettivo, ma con i materiali più sottili possibili al mondo, materiali bidimensionali (2-D).
“Questo lavoro introduce nuove opportunità per la ricerca sulle interazioni interfacciali tra metalli e materiali 2D su scala ångström. Migliorare l'elettronica e semiconduttore le prestazioni del dispositivo sono solo uno dei risultati di questa ricerca. I risultati di questo studio aprono nuove possibilità che possono aiutare a far avanzare la futura produzione di semiconduttori e circuiti integrati”, ha affermato Wang. “La nostra nuova strategia di incapsulamento che utilizza hBN a strato singolo come materiale barriera consente un ulteriore ridimensionamento della densità del dispositivo e la progressione della legge di Moore”. Per riferimento, un nanometro è 1/60,000 dello spessore di un capello umano e un ångström è un decimo di nanometro. La manipolazione di materiali 2D di tale spessore richiede estrema precisione e una manipolazione meticolosa.
Nel loro recente studio pubblicato sulla rivista Tecnologia Elettronico Materiali, le interconnessioni in rame passivate con un hBN monostrato tramite un approccio compatibile back-end-of-line (BEOL) hanno mostrato una durata del dispositivo superiore del 2500% e una densità di corrente superiore di oltre il 20% rispetto a dispositivi di controllo altrimenti identici. Questo miglioramento, insieme alla sottigliezza ångström dell'hBN rispetto ai materiali barriera/rivestimento convenzionali, consente un'ulteriore densificazione dei circuiti integrati. Questi risultati aiuteranno a migliorare l'efficienza dei dispositivi e a ridurre il consumo di energia.
“Con la crescente domanda di veicoli elettrici e guida autonoma, la richiesta di un'elaborazione più efficiente è cresciuta in modo esponenziale. La promessa di una maggiore densità ed efficienza dei circuiti integrati consentirà lo sviluppo di migliori ASIC (circuiti integrati specifici per le applicazioni) su misura per queste esigenze emergenti di energia pulita", ha spiegato Yunjo Jeong, un alunno del gruppo di Wang e primo autore dello studio.
Un'auto moderna media ha centinaia di componenti microelettronici e l'importanza di questi componenti minuscoli ma critici è stata particolarmente evidenziata dalla recente carenza globale di chip. Rendere più efficiente la progettazione e la produzione di questi circuiti integrati sarà la chiave per mitigare possibili interruzioni future della catena di approvvigionamento. Wang e i suoi studenti stanno ora studiando modi per accelerare il loro processo su scala favolosa.
“I nostri risultati non si limitano solo alle interconnessioni elettriche in semiconduttore ricerca. Il fatto che siamo stati in grado di ottenere un miglioramento così drastico del dispositivo di interconnessione implica che i materiali 2-D possono essere applicati anche a una varietà di altri scenari". Wang ha aggiunto.