Penyelidik University of South Florida baru-baru ini mengembangkan pendekatan baru untuk mengurangkan elektromigrasi dalam interkoneksi elektronik skala nano yang terdapat di mana-mana litar bersepadu terkini. Ini dicapai dengan melapisi logam logam tembaga dengan boron nitrida heksagon (hBN), bahan dua dimensi (2-D) penebat atom yang tipis yang mempunyai struktur yang serupa dengan grafene "bahan ajaib".
Elektromigrasi adalah fenomena di mana arus elektrik yang melalui konduktor menyebabkan hakisan bahan atom berskala atom, akhirnya mengakibatkan kegagalan peranti. Konvensional Semikonduktor teknologi menangani cabaran ini dengan menggunakan bahan penghalang atau pelapik, tetapi ini mengambil ruang berharga pada wafer yang sebaliknya boleh digunakan untuk membungkus lebih banyak transistor. Pendekatan Penolong Profesor Michael Cai Wang kejuruteraan mekanikal USF mencapai matlamat yang sama ini, tetapi dengan bahan yang paling nipis di dunia, bahan dua dimensi (2-D).
"Kerja ini memperkenalkan peluang baharu untuk penyelidikan ke dalam interaksi antara muka antara logam dan bahan 2-D berskala ångström. Menambah baik elektronik dan semikonduktor prestasi peranti hanyalah satu hasil daripada penyelidikan ini. Penemuan daripada kajian ini membuka kemungkinan baharu yang boleh membantu memajukan pembuatan semikonduktor dan litar bersepadu pada masa hadapan,” kata Wang. "Strategi enkapsulasi novel kami menggunakan hBN lapisan tunggal sebagai bahan penghalang membolehkan penskalaan lebih lanjut ketumpatan peranti dan perkembangan Undang-undang Moore." Sebagai rujukan, nanometer ialah 1/60,000 daripada ketebalan rambut manusia, dan ångström ialah satu persepuluh nanometer. Memanipulasi bahan 2-D dengan kenipisan sedemikian memerlukan ketepatan yang melampau dan pengendalian yang teliti.
Dalam kajian terbaru mereka yang diterbitkan dalam jurnal Maju Elektronik Bahan, interkoneksi tembaga pasif dengan hBN monolayer melalui pendekatan serasi back-end-of-line (BEOL) memperlihatkan jangka hayat peranti lebih daripada 2500% lebih lama dan ketumpatan arus lebih daripada 20% lebih tinggi daripada peranti kawalan yang serupa. Peningkatan ini, ditambah dengan ketebalan BNngström berbanding dengan bahan penghalang / pelapik konvensional, memungkinkan untuk pemadatan litar bersepadu lebih lanjut. Penemuan ini akan membantu meningkatkan kecekapan peranti dan mengurangkan penggunaan tenaga.
"Dengan meningkatnya permintaan untuk kenderaan elektrik dan pemanduan autonomi, permintaan untuk pengkomputeran yang lebih efisien telah berkembang dengan pesat. Janji kepadatan dan kecekapan litar bersepadu yang lebih tinggi akan memungkinkan pengembangan ASIC yang lebih baik (litar bersepadu khusus aplikasi) yang disesuaikan dengan keperluan tenaga bersih yang muncul ini, ”jelas Yunjo Jeong, seorang alumnus dari kumpulan Wang dan penulis pertama kajian ini.
Sebuah kereta moden rata-rata mempunyai ratusan komponen mikroelektronik, dan kepentingan komponen kecil tetapi kritikal ini telah diketengahkan terutamanya melalui kekurangan cip global baru-baru ini. Menjadikan reka bentuk dan pembuatan litar bersepadu ini lebih cekap akan menjadi kunci untuk mengurangkan kemungkinan gangguan pada rantaian bekalan di masa hadapan. Wang dan pelajarnya kini menyiasat cara untuk mempercepat proses mereka ke skala fab.
"Penemuan kami tidak hanya terhad pada sambungan elektrik di semikonduktor penyelidikan. Fakta bahawa kami dapat mencapai peningkatan peranti interkoneksi yang begitu drastik menyiratkan bahawa bahan 2-D juga dapat diterapkan pada berbagai senario lain. " Wang menambah.