Инжењери демо новог материјала за ИЦ интерконекте

Calling All Cars: Body on the Promenade Deck / The Missing Guns / The Man with Iron Pipes (Јули 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Прототип испоручује густину струје 50 пута већу од интерконекција бакра; отвара пут за мање ИЦ

Аутор: Бриан Санто, допринос писцу

Извор слике: Риверсиде Университи оф Цалифорниа.

Индустрија полупроводника се брзо приближава физичким границама не само силицијума, већ и бакра, обично се користи за ИЦ интерконекте. Инжењери на Калифорнијском универзитету у Риверсидеу демонстрирали су прототип уређаје који користе цирконијум трителурид (ЗрТе 3 ) који могу да изведу густину струје 50 пута већу од конвенционалних бакарних интерконекција.

У идеалном случају, употреба неког егзотичног материјала који може да одржи високе густине струје - можда ЗрТе 3 - омогућит ће индустрији полупроводника да настави са силицијумом за неколико додатних генерација уређаја.

Произвођачи ИЦ се углавном ослањали на алуминијум за међусобне везе до пре око 20 година, када се индустрија преселила у бакар. Будући да је бакар супериорни проводник, потребно је мање материјала за интерконекте. Као практична ствар, замена материјала допринела је да индустрија настави да увећава своје коло. Прекидач је такође захтевао развој нове производне опреме и процеса. Било је тешко и скупо, али пошто је индустрији омогућило да задржи силикон за још две деценије, било је несумњиво вриједно инвестиције.

На данашњим процесним чворовима бакар покреће границе густине струје - количина електричне струје по попречном пресеку у датој тачки. Како индустрија покушава да настави смањивање ИЦ-ова у величини, транзистори захтевају већу и већу густину струје да изводе на жељеном нивоу. Бакар и већина других конвенционалних електричних проводника имају тенденцију да се прекидају због прегријавања или других фактора уз велике густине струје, што представља препреку стварању све мањег компонента, објашњавају истраживачи УЦ Риверсидеа.

Дакле, индустрија истражује друге материјале као потенцијалне замене за бакар, баш као што је бакар једном заменио алуминијум.

Неке компаније већ користе алтернативу бакру код најмањих процесних чворова. Објављено је да и Интел и ГлобалФоундриес користе кобалт за неке интерконекте на 10-нм чвору. Кобалт је бољи од бакра, али не много.

Индустрија такође гледа на више егзотичне алтернативе које могу пружити знатно веће тренутне густине. Значајно међу њима је графен, који је недавно откривен као суперпроводљив . Графен се сматра дводимензионалним (2Д) материјалом у томе што се може створити у плочама који су једини слој атома слоја. Истраживачи су успели да креирају оно што називају нанобибне графене до неколико атома.

Али ако је 2Д добар, да ли би 1Д био бољи? Питање је покренуло истрагу о потенцијалној употреби материјала који се могу производити као јединице са једним атомом. Они нису технички 1Д, али су блиски колико можете добити. Када истраживачи буду скрупулозни према терминологији, они називају једноструке материјале "квази-једнодимензионалне".

Истраживање на УЦ Риверсиде води Александар А. Баландин, професор електротехничког и рачунарског инжењерства. Он и његов тим открили су да ЗрТе 3 има изузетно високу густину струје која далеко премашује стандардне метале попут бакра.

Бакар има густину струје од 2 МА / цм 2 до 3 МА / цм 2 . Цирконијум трителурид има густоћу струје од око 100 МА / цм 2, према истраживачком раду УЦ Риверсиде.

До сада истраживачи УЦ Риверсиде су сјечивали нанорибоне ЗрТе 3 из листова материјала, али тим је сигуран да ће бити могуће обрадити материјал као 1Д прамен. ЗрТе 3 нанорибони могу бити направљени у локалним интерконекцијама или канали уређаја за нанометарске мере за компоненте најмањих уређаја, рекао је УЦ Риверсиде.

"Конвенционални метали су поликристални", рекао је Баландин. "Имају границе зрна и површинску храпавост, која разбацује електроне. Квази-једнодимензионални материјали као што је ЗрТе 3 се састоје од једнокристалних атомских ланаца у једном правцу. Они немају границе зрна и често имају атомски глатке површине након пилинга. Ми смо приписали изузетно високу густину струје у ЗрТе 3 на једнокритну природу квази-1Д материјала. "

Иако је опсег отпорности 1Д већи од бакра, Баландин је рекао електронским производима, очекује се да се неће деградирати чим се отпорност бакра смањи са попречним пресеком.

До сада, ЗрТе 3 квантне жице показују тренутне густине веће него што су пријављене за било који метали или друге 1Д материјале - и готово досегну густину струје у угљеничким наноцевима и графену.

Баландин је рекао да је његов тим пробао неколико других материјала и да је танталијум триселенид (ТаСе 3 ) такође обећао као полупроводничку интерконекцију.

Тим је произвео прототип који показује способност стварања ЗрТе 3 нанорибона на силицијум-силицијум-диоксидном подлогу, али Баландин је рекао електронским производима да он и његов тим још нису направили функционални уређај.

Ако је тренутна густина ЗрТе 3 довољна за наредних неколико чворова производње полупроводника, 1Д би могла бити више од предности него што је суперпроводна. Практичност коришћења ЗрТе 3 такође би се заснивала на томе колико се добро може додати у процес производње силикона. Истраживачи из УЦ Риверсиде-а наводе да развијају процес развијања ЗрТе 3 нанобибона директно на силиконским облатима.

На питање о могућности коришћења ЗрТе 3 стандардне производне опреме за ЦМОС, Баландин је рекао: "Пројекат финансира Семицондуцтор Ресеарцх Цорпоратион (СРЦ) са индустријским везама компаније Интел Цорпоратион. У овом тренутку, индустрија је отворена за било који материјал који може пружити велику густоћу струје у малим попречним пресечима и са прихватљивом отпорношћу. Наши материјали су показали рекордно високу густину струје. "