Güney Florida Üniversitesi araştırmacıları yakın zamanda, son teknoloji entegre devrelerde her yerde bulunan nano ölçekli elektronik ara bağlantılarda elektromigrasyonun azaltılmasına yönelik yeni bir yaklaşım geliştirdi. Bu, bakır metal ara bağlantılarının, "harika malzeme" grafen ile benzer bir yapıyı paylaşan, atomik olarak ince yalıtkan iki boyutlu (2-D) bir malzeme olan altıgen bor nitrür (hBN) ile kaplanmasıyla elde edildi.
Elektromigrasyon, bir iletkenden geçen elektrik akımının malzemenin atomik ölçekte aşınmasına neden olduğu ve sonuçta cihazın arızalanmasına neden olduğu olgudur. Geleneksel Yarıiletken teknoloji Bir bariyer veya astar malzemesi kullanarak bu zorluğun üstesinden gelir, ancak bu, levha üzerinde aksi takdirde daha fazla transistör paketlemek için kullanılabilecek değerli alanı kaplar. USF makine mühendisliği Yardımcı Doçenti Michael Cai Wang'ın yaklaşımı da aynı hedefe ulaşıyor, ancak dünyadaki mümkün olan en ince malzemelerle, iki boyutlu (2-D) malzemelerle.
"Bu çalışma, metaller ve ångström ölçekli 2 boyutlu malzemeler arasındaki arayüzey etkileşimlerini araştırmak için yeni fırsatlar sunuyor. Elektroniğin iyileştirilmesi ve yarıiletken cihaz performansı bu araştırmanın sonuçlarından yalnızca biridir. Bu çalışmadan elde edilen bulgular, yarı iletkenlerin ve entegre devrelerin gelecekteki üretimini ilerletmeye yardımcı olabilecek yeni olasılıkların önünü açıyor" dedi Wang. "Bariyer malzemesi olarak tek katmanlı hBN kullanan yeni kapsülleme stratejimiz, cihaz yoğunluğunun daha da ölçeklendirilmesine ve Moore Yasasının ilerlemesine olanak sağlıyor." Referans olarak, bir nanometre insan saçı kalınlığının 1/60,000'i kadardır ve bir ångström nanometrenin onda biridir. Bu kadar incelikteki 2 boyutlu malzemelerin işlenmesi, son derece hassas ve titiz bir kullanım gerektirir.
Dergide yayınlanan son çalışmalarında gelişmiş Elektronik MalzemelerHat arka ucu (BEOL) uyumlu bir yaklaşımla tek katmanlı bir hBN ile pasifleştirilen bakır ara bağlantıları, aynı kontrol cihazlarına kıyasla %2500'den fazla daha uzun cihaz ömrü ve %20'den fazla daha yüksek akım yoğunluğu sergiledi. Bu gelişme, geleneksel bariyer/astar malzemeleriyle karşılaştırıldığında hBN'nin angström inceliğiyle birleştiğinde, entegre devrelerin daha da yoğunlaştırılmasına olanak tanır. Bu bulgular cihaz verimliliğinin artırılmasına ve enerji tüketiminin azaltılmasına yardımcı olacaktır.
"Elektrikli araçlara ve otonom sürüşe olan talebin artmasıyla birlikte, daha verimli bilgi işlem talebi de katlanarak arttı. Daha yüksek entegre devre yoğunluğu ve verimliliği vaadi, ortaya çıkan temiz enerji ihtiyaçlarına göre uyarlanmış daha iyi ASIC'lerin (uygulamaya özel entegre devreler) geliştirilmesine olanak tanıyacaktır," diye açıkladı Wang'ın grubundan mezun ve çalışmanın ilk yazarı Yunjo Jeong.
Ortalama bir modern arabada yüzlerce mikroelektronik bileşen bulunur ve bu küçük ama kritik bileşenlerin önemi, son zamanlarda yaşanan küresel çip kıtlığıyla özellikle vurgulanmıştır. Bu entegre devrelerin tasarımını ve üretimini daha verimli hale getirmek, tedarik zincirinde gelecekte yaşanabilecek olası aksaklıkları azaltmanın anahtarı olacaktır. Wang ve öğrencileri şimdi süreçlerini fabrika ölçeğine kadar hızlandırmanın yollarını araştırıyorlar.
"Bulgularımız yalnızca elektrik ara bağlantılarıyla sınırlı değil yarıiletken araştırma. Cihazlar arası bağlantıda bu kadar büyük bir gelişme elde edebilmemiz, 2 boyutlu malzemelerin çeşitli başka senaryolara da uygulanabileceği anlamına geliyor." Wang ekledi.