Ny metode udviklet til at forbedre holdbarheden af ​​nano-elektroniske komponenter, yderligere halvlederfremstilling

Forskere fra University of South Florida udviklede for nylig en ny tilgang til at afbøde elektromigration i elektroniske forbindelser på nanoskala, der er allestedsnærværende i avancerede integrerede kredsløb. Dette blev opnået ved at belægge kobbermetalforbindelser med hexagonal bornitrid (hBN), et atomisk tyndt isolerende todimensionelt (2-D) materiale, der har samme struktur som "vidundermaterialet" grafen.

Elektromigrering er det fænomen, hvor en elektrisk strøm, der passerer gennem en leder, forårsager atomær erosion af materialet, resulterer i sidste ende i enhedsfejl. Konventionel halvlederteknologi løser denne udfordring ved at bruge en barriere eller foringsmateriale, men dette optager værdifuld plads på waferen, som ellers kunne bruges til at pakke flere transistorer ind. USF maskiningeniør Adjunkt Michael Cai Wangs tilgang opnår det samme mål, men med de tyndest mulige materialer i verden, todimensionelle (2-D) materialer.

"Dette arbejde introducerer nye muligheder for forskning i grænsefladeinteraktioner mellem metaller og ångström-skala 2-D materialer. Forbedring af elektroniske og halvlederenheders ydeevne er blot et resultat af denne forskning. Resultaterne fra denne undersøgelse åbner op for nye muligheder, der kan hjælpe med at fremme fremtidig fremstilling af halvledere og integrerede kredsløb, " sagde Wang. "Vores nye indkapslingsstrategi ved hjælp af enkeltlags hBN som barrieremateriale muliggør yderligere skalering af enhedsdensitet og progression af Moores lov." en nanometer er 1/60, 000 af tykkelsen af ​​menneskehår, og en ångström er en tiendedel af en nanometer. Manipulering af 2D-materialer af en sådan tyndhed kræver ekstrem præcision og omhyggelig håndtering.

I deres nylige undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Avancerede elektroniske materialer , kobberforbindelser passiveret med et monolag hBN via en back-end-of-line (BEOL)-kompatibel tilgang udviste mere end 2500 % længere levetid for enheden og mere end 20 % højere strømtæthed end ellers identiske kontrolenheder. Denne forbedring, kombineret med ångström-tyndheden af ​​hBN sammenlignet med konventionelle barriere/foringsmaterialer, giver mulighed for yderligere fortætning af integrerede kredsløb. Disse resultater vil hjælpe med at fremme enhedens effektivitet og reducere energiforbruget.

"Med den stigende efterspørgsel efter elektriske køretøjer og autonom kørsel, efterspørgslen efter mere effektiv computing er vokset eksponentielt. Løftet om højere integreret kredsløbs tæthed og effektivitet vil muliggøre udvikling af bedre ASIC'er (applikationsspecifikke integrerede kredsløb), der er skræddersyet til disse nye behov for ren energi." forklarede Yunjo Jeong, en alumne fra Wangs gruppe og førsteforfatter til undersøgelsen.

En gennemsnitlig moderne bil har hundredvis af mikroelektroniske komponenter, og betydningen af ​​disse små, men kritiske komponenter er især blevet fremhævet gennem den seneste globale chipmangel. At gøre designet og fremstillingen af ​​disse integrerede kredsløb mere effektiv vil være nøglen til at afbøde mulige fremtidige forstyrrelser i forsyningskæden. Wang og hans elever undersøger nu måder at fremskynde deres proces til den fantastiske skala.

"Vores resultater er ikke kun begrænset til elektriske sammenkoblinger i halvlederforskning. Det faktum, at vi var i stand til at opnå en så drastisk forbedring af sammenkoblingsenheden, indebærer, at 2-D-materialer også kan anvendes til en række andre scenarier." Wang tilføjede.