Inženieri demo jaunu materiālu IC savienojas

Thorium: An energy solution - THORIUM REMIX 2011 (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Prototype nodrošina strāvas blīvumu 50 reizes lielāks nekā vara starpsavienojumi; paver ceļu mazajiem IC

Autors Brian Santo, rakstnieks

Attēlu avots: California Riverside Universitāte.

Pusvadītāju rūpniecība strauji tuvojas ne tikai silīcija, bet arī vara fiziskajiem ierobežojumiem, ko parasti izmanto IC starpsavienojumiem. Inženieri Kalifornijas universitātē Riversaidā ir demonstrējuši prototipa ierīces, kurās izmanto cirkonija tritllurīdu (ZrTe 3 ), kas var veikt strāvas blīvumu 50 reizes lielāki par parastajiem vara starpsavienojumiem.

Ideālā gadījumā dažu eksotisku materiālu, kas var uzturēt augstu strāvas blīvumu, iespējams, ZrTe 3, izmantošana ļaus pusvadītāju nozarei turpināt strādāt ar silīciju dažām papildu ierīču paaudzēm.

IC ražotāji lielākoties balstījās uz alumīniju, lai savienotu savienojumus līdz apmēram pirms 20 gadiem, kad rūpniecība pārcēlās uz varu. Tā kā varš ir labākais vadītājs, savienojumam vajadzēja mazāk materiālu. Kā praktisku iemeslu dēļ materiālu pārnešana palīdzēja nozarei turpināt mērogot tās shēmas. Slēdzis arī radīja jaunas ražošanas iekārtas un procesus. Tas bija grūti un dārgi, bet tāpēc, ka tas ļāva nozarei saglabāt silīcija apjomu vēl divus gadu desmitus, tas neapšaubāmi bija vērts ieguldīt.

Šodienas apstrādes mezglos vara darbojas līdz robežvērtībām strāvas blīvumā - elektriskās strāvas daudzums uz šķērsgriezuma laukuma noteiktā punktā. Tā kā nozare mēģina turpināt samazināt IC mazāku izmēru, tranzistoriem ir nepieciešams lielāks un lielāks strāvas blīvums, lai veiktu vēlamajā līmenī. UC Riverside pētnieki paskaidroja, ka varš un lielākā daļa citu parasto elektrisko vadītāju parasti pārtraucas pārkaršanas vai citu faktoru dēļ ar lielu strāvas blīvumu, radot šķēršļus arvien mazākiem komponentiem.

Tāpēc nozare ir izpētījusi citus materiālus kā vara aizstājējus, tāpat kā vara aizstāja alumīniju.

Daži uzņēmumi jau izmanto alternatīvas vara mazākās apstrādes mezglos. Ir ziņots, ka gan Intel, gan GlobalFoundries izmanto kobaltu dažiem starpsavienojumiem 10-nm mezglā. Kobalts ir labāks nekā varš, bet ne daudz.

Nozare arī apskata eksotiskas alternatīvas, kas var nodrošināt ievērojami lielāku strāvas blīvumu. Nozīmīgs no tiem ir grafēns, kas nesen tika atklāts kā supravadīts . Grafēna tiek uzskatīta par divdimensiju (2D) materiālu, jo to var veidot loksnēs, kas ir vienas atomu slāņa biezums. Pētnieki ir spējuši radīt to, ko viņi sauc par grafīta nanoribbons līdz dažiem atomiem.

Bet, ja 2D ir labs, vai 1D nebūs labāks? Jautājums izraisīja materiālu potenciālās izmantošanas izpēti, kas var tikt izgatavoti kā vienas atoms daļas. Viņi tehniski nav 1D, bet tie ir tik tuvi kā jūs varat saņemt. Kad pētnieki rūpīgi strādā par terminoloģiju, viņi sauc par vienrindas materiāliem "kvazi-vienmizvēlīgu".

UC Riverside pētījumu vada Aleksandrs A. Balandins, elektrotehnikas un datortehnikas profesors. Viņš un viņa komanda ir atklājuši, ka ZrTe 3 ir ārkārtīgi augsts strāvas blīvums, kas ievērojami pārsniedz jebkuru parasto metālu, piemēram, varu.

Vara strāvas blīvums ir 2 MA / cm 2 līdz 3 MA / cm 2 . Saskaņā ar UC Riverside pētījumu, cirkonija tritlurīds strāvas blīvums ir aptuveni 100 MA / cm 2 .

Līdz šim UC Riverside pētnieki ir izgriež ZrTe 3 nanoribbons no materiāla loksnēm, taču komanda ir pārliecināta, ka materiālu var apstrādāt kā 1D virknes. ZrTe 3 nanoribbons var tikt izgatavoti vai nu nanometru mēroga vietējos starpsavienojumos, vai ierīču kanālus mazāko ierīču komponentiem, teica UC Riverside.

"Parastie metāli ir polikristāliski, " teica Balandins. "Viņiem ir graudu robežas un virsmas raupjums, kas izkliedē elektronus. Kvazi-vienmérīgie materiåli, pieméram, ZrTe 3, veido vienkristālu atomu virknes vienā virzienā. Viņiem nav graudu robežu, un pēc eksfoliācijas bieži vien ir atomiski gludas virsmas. Mēs piešķiram ārkārtīgi augstu strāvas blīvumu ZrTe 3 kvazis-1D materiālu vienkristālajā dabā. "

Kaut arī 1D lielākā pretestība ir augstāka nekā vara, Balandin teica Electronic Products, ka tas nedeginās tik ātri, kā vara pretestība ar samazinošu šķērsgriezuma laukumu.

Līdz šim ZrTe 3 kvantu vadi izstaro strāvu blīvumu, kas ir lielāks nekā ziņots par jebkādiem metāliem vai citiem 1D materiāliem - un gandrīz sasniedz strāvas blīvumu oglekļa nanocaurulās un grafēnē.

Balandins teica, ka viņa komanda ir izmēģinājusi vairākus citus materiālus un ka tantala triselenīds (TaSe 3 ) arī ir apsolījis kā pusvadītāju savienojumu.

Komanda ir izstrādājusi prototipu, kas parāda spēju radīt ZrTe 3 nanoribbons uz silīcija / silīcija dioksīda substrāta, bet Balandin teica Electronic Products, ka viņš un viņa komanda vēl nav izveidojuši funkcionālu ierīci.

Ja pašreizējais ZrTe 3 blīvums ir pietiekams nākamajiem pusvadītāju ražošanas mezgliem, tad 1D var būt vairāk priekšrocību nekā supravadītspēja. ZrTe 3 izmantošanas praktiskums pamatotos arī uz to, cik labi to var pievienot silīcija ražošanas procesam. UC Riverside pētnieki ziņo, ka viņi attīsta ZrTe 3 nanoribbons augšanas procesu tieši uz silīcija plāksnēm.

Kad ZrTe 3 tika uzdots jautājums par standarta CMOS ražošanas iekārtu izmantošanu, Balandins teica: "Projektu finansē Semiconductor Research Corporation (SRC) ar rūpnieciskiem saziņiem no Intel Corporation. Šajā brīdī nozare ir atvērta jebkuram materiālam, kas var nodrošināt augstu strāvas blīvumu nelielos šķērsgriezumos un ar pieļaujamu pretestību. Mūsu materiāli ir parādījuši rekordlielu strāvas blīvumu. "