Исследователи из Университета Южной Флориды недавно разработали новый подход к уменьшению электромиграции в электронных межсоединениях нанометрового масштаба, которые повсеместно используются в современных интегральных схемах. Это было достигнуто путем покрытия медных металлических межсоединений гексагональным нитридом бора (hBN), атомарно-тонким изолирующим двухмерным (2D) материалом, который имеет структуру, аналогичную графену из «чудесного материала».

Электромиграция — это явление, при котором электрический ток, проходящий через проводник, вызывает эрозию материала в атомном масштабе, что в конечном итоге приводит к отказу устройства. Традиционная полупроводниковая технология решает эту проблему за счет использования материала барьера или лайнера, но это занимает драгоценное место на пластине, которое в противном случае можно было бы использовать для установки большего количества транзисторов. Подход профессора машиностроения USF Майкла Кай Вана достигает той же цели, но с использованием самых тонких материалов в мире, двумерных (2D) материалов.

«Эта работа открывает новые возможности для исследования межфазных взаимодействий между металлами и 2D-материалами в масштабе Ангстрема. Улучшение характеристик электронных и полупроводниковых устройств — лишь один из результатов этого исследования. Результаты этого исследования открывают новые возможности, которые могут помочь в будущем производстве полупроводников и интегральных схем», — сказал Ван. «Наша новая стратегия инкапсуляции с использованием однослойного hBN в качестве барьерного материала обеспечивает дальнейшее масштабирование плотности устройства и развитие закона Мура». Для справки: нанометр составляет 1/60 000 толщины человеческого волоса, а ангстрём — одну десятую нанометра. Работа с 2D-материалами такой толщины требует исключительной точности и кропотливого обращения.

В их недавнем исследовании, опубликованном в журнале Advanced Electronic Materials , медные межсоединения, пассивированные однослойным hBN с помощью подхода, совместимого с back-end-of-line (BEOL), продемонстрировали более чем на 2500% более длительный срок службы устройства и более чем на 20% более высокую плотность тока, чем в остальном идентичные устройства управления. Это улучшение, в сочетании с тонкостью hBN по Ангстрему по сравнению с традиционными материалами барьера / облицовки, позволяет дополнительно уплотнять интегральные схемы. Эти результаты помогут повысить эффективность устройства и снизить потребление энергии.

«С растущим спросом на электромобили и автономное вождение, спрос на более эффективные вычисления рос в геометрической прогрессии. Обещание более высокой плотности и эффективности интегральных схем позволит разработать более совершенные специализированные интегральные схемы (специализированные интегральные схемы), адаптированные к новой чистой энергии. потребности «. — объяснил Юнджо Чжон, выпускник группы Вана и первый автор исследования.

Средний современный автомобиль состоит из сотен микроэлектронных компонентов, и важность этих крошечных, но важных компонентов была особенно подчеркнута в связи с недавней глобальной нехваткой микросхем. Повышение эффективности проектирования и производства этих интегральных схем будет ключом к смягчению возможных сбоев в цепочке поставок в будущем. Ван и его ученики сейчас исследуют способы ускорить свой процесс до невероятных масштабов.

«Наши результаты не ограничиваются только электрическими межсоединениями в исследованиях полупроводников. Тот факт, что мы смогли добиться такого радикального улучшения межсоединений, означает, что 2D-материалы могут также применяться во множестве других сценариев». — добавил Ван.