Ny isoleringsteknik baner vejen for kraftigere og mindre spåner

Forskere ved KU Leuven og imec har med succes udviklet en ny teknik til at isolere mikrochips. Teknikken anvender metal-organiske rammer, en ny type materialer bestående af strukturerede nanoporer. På lang sigt, denne metode kan bruges til udvikling af endnu mindre og kraftigere chips, der forbruger mindre energi. Holdet har modtaget en ERC Proof of Concept-bevilling for at fremme deres forskning.

Computerchips bliver stadig mindre. Det er ikke nyt:Gordon Moore, en af ​​grundlæggerne af chipproducenten Intel, forudsagde det allerede i 1965. Moores lov siger, at antallet af transistorer i en chip, eller integreret kredsløb, fordobles cirka hvert andet år. Denne prognose blev senere justeret til 18 måneder, men teorien står stadig. Chips bliver mindre, og deres processorkraft er stigende. I dag, en chip kan have over en milliard transistorer.

Men denne fortsatte reduktion i størrelse medfører også en række forhindringer. Kontakterne og ledningerne er pakket så tæt sammen, at de genererer mere modstand. Det her, på tur, får chippen til at forbruge mere energi til at sende signaler. At have en velfungerende chip, du har brug for et isolerende stof, der adskiller ledningerne fra hinanden, og sikrer, at de elektriske signaler ikke forstyrres. Imidlertid, det er ikke en nem ting at opnå på nanoskalaniveau.

Nanoporøse krystaller

En undersøgelse ledet af KU Leuven professor Rob Ameloot (Afdeling for mikrobielle og molekylære systemer) viser, at en ny teknik kan give løsningen. "Vi bruger metal-organiske rammer (MOF'er) som det isolerende stof. Det er materialer, der består af metalioner og organiske molekyler. Tilsammen de danner en krystal, der er porøs, men alligevel robust."

For første gang, et forskerhold ved KU Leuven og imec formåede at anvende MOF-isoleringen på elektronisk materiale. En industriel metode kaldet kemisk dampaflejring blev brugt til dette, siger postdoc-forsker Mikhail Krishtab (Afdeling for mikrobielle og molekylære systemer). "Først, vi placerer en oxidfilm på overfladen. Derefter, vi lader det reagere med damp af det organiske materiale. Denne reaktion får materialet til at udvide sig, danner de nanoporøse krystaller."

"Den største fordel ved denne metode er, at den er bottom-up, " siger Krishtab. "Vi afsætter først en oxidfilm, som derefter svulmer op til et meget porøst MOF-materiale. Du kan sammenligne den med en soufflé, der puster op i ovnen og bliver meget let. MOF-materialet danner en porøs struktur, der udfylder alle hullerne mellem lederne. Det er sådan, vi ved, at isoleringen er komplet og homogen. Med andre, top-down metoder, der er altid risiko for små huller i isoleringen."

Kraftig og energieffektiv

Professor Ameloots forskningsgruppe har modtaget en ERC Proof of Concept-bevilling til at videreudvikle teknikken, i samarbejde med Silvia Armini fra imecs team, der arbejder på avancerede dielektriske materialer til nanochips. "I øjeblikket, vi har ekspertisen til at udvikle wafer-baserede løsninger, skalere teknologier fra laboratorium til fab og bane vejen for at realisere en fremstillingsløsning til mikroelektronikindustrien."

"Vi har vist, at MOF-materialet har de rigtige egenskaber, " Ameloot fortsætter. "Nu, vi skal bare finpudse efterbehandlingen. Krystallernes overflade er stadig uregelmæssig i øjeblikket. Vi er nødt til at udjævne dette for at integrere materialet i en chip."

Når teknikken er blevet perfektioneret, det kan bruges til at skabe kraftfulde, små chips, der forbruger mindre energi.

Ameloot:"Forskellige AI-applikationer kræver meget processorkraft. Tænk på selvkørende biler og smarte byer. Teknologivirksomheder leder konstant efter nye løsninger, der både er hurtige og energieffektive. Vores forskning kan være et værdifuldt bidrag til en ny generation af chips. "