サウスフロリダ大学の研究者は最近、最先端の集積回路に遍在するナノスケールの電子相互接続におけるエレクトロマイグレーションを軽減するための新しいアプローチを開発しました。 これは、銅の金属相互接続を六角形の窒化ホウ素 (hBN) でコーティングすることによって実現されました。 これは、「驚異の材料」グラフェンと同様の構造を共有する原子レベルの薄さの絶縁性 2 次元 (XNUMX-D) 材料です。
エレクトロマイグレーションは、導体を流れる電流が材料の原子スケールの侵食を引き起こし、最終的にデバイスの故障を引き起こす現象です。 従来の 半導体 テクノロジー は、バリアまたはライナー材料を使用することでこの課題に対処していますが、これは、他の方法ではより多くのトランジスタを詰め込むために使用できるウェハ上の貴重なスペースを占有します。 USF 機械工学助教授 Michael Cai Wang のアプローチは、世界で最も薄い材料である二次元 (2-D) 材料を使用して、これと同じ目標を達成します。
「この研究は、金属とオングストロームスケールの二次元材料の間の界面相互作用に関する研究に新たな機会をもたらします。 電子機器の改善と 半導体 デバイスのパフォーマンスは、この研究の結果の 1 つにすぎません。 この研究の結果は、半導体や集積回路の将来の製造の進歩に役立つ新たな可能性を切り開きます」とワン氏は述べた。 「バリア材料として単層 hBN を使用した当社の新しいカプセル化戦略により、デバイス密度のさらなるスケーリングとムーアの法則の進展が可能になります。」 参考までに、ナノメートルは人間の髪の毛の太さの 60,000/2、オングストロームはナノメートルの XNUMX 分の XNUMX です。 このような薄さの XNUMXD マテリアルを操作するには、極めて高い精度と細心の注意が必要です。
ジャーナルに掲載された最近の研究では 高機能 エレクトロニック 材料、バックエンドオブライン (BEOL) 互換アプローチを介して単層 hBN でパッシベーションされた銅配線は、他の同一の制御デバイスよりも 2500% 以上長いデバイス寿命と 20% 以上高い電流密度を示しました。 この改良は、従来のバリア/ライナー材料と比較した hBN のオングストロームの薄さと相まって、集積回路のさらなる高密度化を可能にします。 これらの発見は、デバイスの効率を向上させ、エネルギー消費を削減するのに役立ちます。
「電気自動車と自動運転の需要が高まるにつれて、より効率的なコンピューティングの需要が飛躍的に高まっています。 より高い集積回路密度と効率の約束により、これらの新たなクリーン エネルギーのニーズに合わせたより優れた ASIC (特定用途向け集積回路) の開発が可能になります」と、Wang のグループの卒業生であり、この研究の筆頭著者である Yunjo Jeong は説明しました。
現代の平均的な自動車には、何百ものマイクロ電子部品が搭載されており、これらの小さいながら重要な部品の重要性は、最近の世界的なチップ不足によって特に強調されています。 これらの集積回路の設計と製造をより効率的にすることは、サプライチェーンへの将来の混乱を軽減するための鍵となります。 Wang と彼の学生たちは現在、プロセスをファブ スケールにスピードアップする方法を調査しています。
「私たちの発見は、電気的相互接続だけに限定されません。 半導体 研究。 このような抜本的な相互接続デバイスの改善を達成できたという事実は、2-D 材料が他のさまざまなシナリオにも適用できることを意味します。」 王氏は付け加えた。