Исследователи из Университета Южной Флориды недавно разработали новый подход к уменьшению электромиграции в электронных межсоединениях нанометрового масштаба, которые повсеместно используются в современных интегральных схемах. Это было достигнуто путем покрытия металлических межсоединений из меди гексагональным нитридом бора (hBN), атомарно тонким изолирующим двухмерным (2-D) материалом, который имеет структуру, аналогичную графену «чудо-материал».
Электромиграция - это явление, при котором электрический ток, проходящий через проводник, вызывает эрозию материала в атомном масштабе, что в конечном итоге приводит к отказу устройства. Общепринятый Полупроводниковое technology Эта проблема решается за счет использования барьерного или лайнерного материала, но это занимает драгоценное пространство на пластине, которое в противном случае можно было бы использовать для размещения большего количества транзисторов. Подход доцента машиностроения USF Майкла Цай Ванга достигает той же цели, но с использованием самых тонких материалов в мире, двумерных (2-D) материалов.
«Эта работа открывает новые возможности для исследования межфазных взаимодействий между металлами и двумерными материалами ангстремового масштаба. Совершенствование электронных и полупроводник Производительность устройства — это лишь один из результатов этого исследования. Результаты этого исследования открывают новые возможности, которые могут помочь в развитии будущего производства полупроводников и интегральных схем», — сказал Ван. «Наша новая стратегия инкапсуляции с использованием однослойного hBN в качестве барьерного материала обеспечивает дальнейшее масштабирование плотности устройств и развитие закона Мура». Для справки: нанометр составляет 1/60,000 2 толщины человеческого волоса, а ангстрем — одна десятая нанометра. Манипулирование двумерными материалами такой толщины требует предельной точности и тщательного обращения.
В их недавнем исследовании, опубликованном в журнале Фильтр Электронный Материалы, медные межсоединения, пассивированные однослойным hBN с помощью подхода, совместимого с back-end-of-line (BEOL), продемонстрировали более чем на 2500% более длительный срок службы устройства и более чем на 20% более высокую плотность тока, чем идентичные в остальном управляющие устройства. Это улучшение в сочетании с тонкостью hBN по Ангстрему по сравнению с традиционными материалами барьера / облицовки позволяет дополнительно уплотнять интегральные схемы. Эти результаты помогут повысить эффективность устройства и снизить потребление энергии.
«С растущим спросом на электромобили и автономное вождение, спрос на более эффективные вычисления вырос в геометрической прогрессии. Обещание более высокой плотности и эффективности интегральных схем позволит разрабатывать лучшие ASIC (специализированные интегральные схемы), адаптированные к этим возникающим потребностям в чистой энергии », - пояснил Юнджо Чжон, выпускник группы Вана и первый автор исследования.
Средний современный автомобиль состоит из сотен микроэлектронных компонентов, и важность этих крошечных, но важных компонентов была особенно подчеркнута в связи с недавней глобальной нехваткой чипов. Повышение эффективности проектирования и производства этих интегральных схем будет ключом к смягчению возможных сбоев в цепочке поставок в будущем. Ван и его ученики сейчас исследуют способы ускорить свой процесс до невероятных масштабов.
«Наши выводы не ограничиваются только электрическими соединениями в полупроводник исследовать. Тот факт, что нам удалось добиться такого радикального улучшения межкомпонентных устройств, означает, что двухмерные материалы также могут применяться во множестве других сценариев ». - добавил Ван.