חוקרים מאוניברסיטת דרום פלורידה פיתחו לאחרונה גישה חדשה להפחתת אלקטרומגירה בחיבורים אלקטרוניים בקנה מידה ננו שנמצאים בכל מקום במעגלים משולבים עדכניים. זו הושגה על ידי ציפוי חיבורי מתכת נחושת בחומר בורון משושה (hBN), חומר בידוד דו-ממדי דק (2-D) אטומי הדק מבנה דומה לגראפן "חומר הפלא".
אלקטרומגירה היא התופעה בה זרם חשמלי העובר דרך מוליך גורם לשחיקה בקנה מידה אטומי של החומר, ובסופו של דבר לגרום לכשל בהתקן. מוּסכָּם סמיקונדקטור טֶכנוֹלוֹגִיָה נותן מענה לאתגר זה על ידי שימוש בחומר מחסום או תוחם, אבל זה תופס מקום יקר על הוואפר שאחרת יכול היה לשמש לאריזת טרנזיסטורים נוספים. הגישה של עוזר פרופסור מייקל קאי וואנג להנדסת מכונות של USF משיגה את אותה מטרה, אך עם החומרים הדקים ביותר בעולם, חומרים דו מימדיים (2-D).
"עבודה זו מציגה הזדמנויות חדשות למחקר על יחסי הגומלין בין מתכות וחומרים דו-ממדיים בקנה מידה אנגסטרום. שיפור אלקטרוני ו סמיקונדקטור ביצועי המכשיר הם רק תוצאה אחת של מחקר זה. הממצאים מהמחקר הזה פותחים אפשרויות חדשות שיכולות לעזור לקדם את הייצור העתידי של מוליכים למחצה ומעגלים משולבים", אמר וואנג. "אסטרטגיית המעטפת החדשה שלנו תוך שימוש ב-hBN חד-שכבתי כחומר המחסום מאפשרת קנה מידה נוסף של צפיפות המכשיר ואת התקדמות חוק מור." לצורך התייחסות, ננומטר הוא 1/60,000 מעובי שיער האדם, ואנגסטרום הוא עשירית ננומטר. מניפולציה של חומרים דו-ממדיים בעלי רזון שכזה דורשת דיוק רב וטיפול קפדני.
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת מתקדם אֶלֶקטרוֹנִי חומרים, חיבורי קישור נחושת שעברו פסיבציה עם hBN חד שכבתי דרך גישה תואמת קו-קו (BEOL) הציגו יותר מ- 2500% אורך חיי מכשיר ויותר מ -20% צפיפות זרם גבוהה יותר מאשר התקני בקרה זהים אחרת. שיפור זה, יחד עם רזון ångström של hBN בהשוואה לחומרי מחסום / רפידות קונבנציונליים, מאפשר צפיפות נוספת של מעגלים משולבים. ממצאים אלה יסייעו לקדם את יעילות המכשיר ולהפחית את צריכת האנרגיה.
"עם הביקוש הגובר לרכבים חשמליים ולנהיגה אוטונומית, הביקוש למחשוב יעיל יותר גדל באופן אקספוננציאלי. ההבטחה לצפיפות ויעילות מעגלים משולבים גבוהה יותר תאפשר פיתוח של ASIC טובים יותר (מעגלים משולבים ספציפיים ליישומים) המותאמים לצרכי אנרגיה נקייה מתעוררים אלה ", הסביר יונג'ו ג'ונג, בוגר מקבוצת וואנג והמחבר הראשון של המחקר.
למכונית מודרנית ממוצעת יש מאות רכיבים מיקרו-אלקטרוניים, ומשמעותם של רכיבים זעירים אך קריטיים אלו הודגשה במיוחד באמצעות מחסור השבבים העולמי האחרון. ייעול תכנון וייצור מעגלים משולבים אלה יהיה המפתח להפחתת שיבושים אפשריים בעתיד בשרשרת האספקה. וואנג ותלמידיו בוחנים כעת דרכים להאיץ את התהליך שלהם בסדר הגודל.
"הממצאים שלנו אינם מוגבלים רק לחיבורי חשמל ב סמיקונדקטור מחקר. העובדה שהצלחנו להשיג שיפור כה דרסטי במכשירי הקישור מרמזת כי ניתן ליישם חומרים דו-ממדיים גם על מגוון תרחישים אחרים. " הוסיף וואנג.