Carbon nanorør bedst til 3D -elektronik

(PhysOrg.com) - Forskere på Chalmers har vist, at to stablede chips kan være lodret forbundet med carbon nanorør -vias gennem chipsene. Denne nye metode forbedrer mulighederne for 3D -integration af kredsløb, en af ​​de mest lovende tilgange til miniaturisering og præstationsfremme af elektronik.

Tredimensionel integration er et varmt felt inden for elektronik, da det tilbyder en ny måde at pakke komponenter tæt sammen og dermed bygge små, velfungerende enheder. Når chips stables lodret, den mest effektive måde at forbinde dem på er med elektriske forbindelser, der går gennem chippen (i stedet for at blive koblet sammen i kanterne)-det, der kaldes gennem-silicium-vias.

Industrien har hidtil primært brugt kobber til dette formål; imidlertid, kobber har flere ulemper, der kan begrænse pålideligheden af ​​3D -elektronik. Et andet stort problem involverer afkøling, når chipsene bliver varme. De fremragende termiske kvaliteter af carbon nanorør kan spille en afgørende rolle i denne henseende.

Således arbejder et forskerhold på Chalmers med carbon nanorør som ledende materiale til gennem-silicium vias. Carbon nanorør - eller rør lavet af grafen, hvis vægge kun er et atom tykke - vil være de mest pålidelige af alle ledende materialer, hvis det er muligt at bruge dem i stor skala. Det mener Kjell Jeppsson, medlem af forskergruppen.

"Potentielt, carbon nanorør har meget bedre egenskaber end kobber, både hvad angår termisk og elektrisk ledningsevne ”, han siger. “Carbon nanorør er også bedre egnet til brug med silicium rent mekanisk. De udvider omtrent samme mængde som det omgivende silicium, mens kobber udvider sig mere, hvilket resulterer i mekanisk spænding, der kan få komponenterne til at gå i stykker. "

Forskerne har demonstreret, at to chips kan være lodret forbundet med carbon nanorør af gennem-silicium via sammenkoblinger, og at chipsene kan limes. De har også demonstreret, at den samme metode kan bruges til elektrisk sammenkobling mellem chippen og pakken.

Ph.d. -studerende Teng Wang - der forsvarer sit speciale 12. december - har arbejdet med produktion. Han har udviklet en teknik til at fylde gennem-silicium-vias med tusindvis af carbon nanorør. Chipsene bindes derefter med et klæbemiddel, så carbon -nanorørene bringes direkte i kontakt og dermed kan lede strøm gennem chipsene.

"Et problem er at producere kulnanorør med perfekte egenskaber og med den længde, vi har brug for at gå igennem chippen, "siger han." Vi har produceret rør, der er 200 mikrometer lange, som kan sammenlignes med diameteren som kun er 10 nanometer. Deres egenskaber, imidlertid, er endnu ikke perfekte. "

For at metoden kan overføres til industriel produktion, fremstillingstemperatur skal reduceres til maksimalt 450 grader. Dette er en stor udfordring, da carbon nanorør i øjeblikket "dyrkes" ved minimum 700 grader.

Hvis det lykkes, helt nye muligheder vil opstå for fremtidig krympning af elektronik - ikke mindst hvad angår forbedret ydelse. Den tredimensionelle integration ved hjælp af gennem-silicium vias giver betydeligt hurtigere signaloverførsler end traditionel integration, hvor chips placeres ved siden af ​​hinanden. Desuden, gennem-silicium vias med carbon nanorør giver billigere produktion sammenlignet med den nuværende teknologi, der bruger kobberforbindelser.

"Der er flere projekter, der involverer 3D -integration i branchen, men der er potentielle problemer med både køling og pålidelighed, da de bruger kobber, "siger Kjell Jeppsson." Hvis vores metode fungerer i stor skala, Jeg tror, ​​det vil være i produktion inden for fem år. "