Новости электроники
@electronics_news
Разработан атомарно тонкий углеродный изолятор для чипов нового поколения
По мере того как транзисторы в чипах становятся все меньше, соединяющие их металлические проводники превращаются в серьезное препятствие на пути к созданию более быстрых и энергоэффективных чипов. Чем уже проводники, тем выше их электрическое сопротивление, а чем меньше зазоры между ними, тем сильнее помехи между соседними сигналами. Эти эффекты затрудняют передачу данных и повышают энергопотребление — проблема, особенно актуальна для процессоров искусственного интеллекта.
Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) разработали атомарно тонкую пленку из аморфного углерода, которая может помочь решить эту проблему. Пленка сохраняла диэлектрическую проницаемость, или k-значение, на уровне 1,35 при толщине всего 0,8 нанометра. Он также выдерживал воздействие сильных электрических полей и препятствовал прохождению ионов меди.
В современных чипах для изоляции медных проводов и предотвращения растекания меди по окружающей изоляции используются разные материалы. Объединение обеих функций в одном слое может освободить место для более широких медных линий, которые имеют меньшее сопротивление и могут способствовать более быстрой передаче данных при меньшем энергопотреблении
Подобно тому, как сети нейронов передают биологические сигналы между различными областями мозга, межсоединения — микроскопические проводники, в основном из меди, — позволяют передавать данные между различными частями микросхемы. Чтобы уменьшить помехи между плотно расположенными сигнальными путями, каждый медный провод отделяется от соседних изолирующим материалом, который называется диэлектриком. Его коэффициент диэлектрической проницаемости показывает, насколько сильно он реагирует на электрическое поле. Чем ниже коэффициент, тем меньше нежелательное взаимодействие между соседними сигналами. Согласно отраслевым планам, коэффициент диэлектрической проницаемости должен быть ниже 2, поскольку расстояние между межсоединениями сокращается до 10 нанометров.
Многие материалы с низким коэффициентом диэлектрической проницаемости содержат поры, которые снижают этот коэффициент, но при этом ослабляют материал, что затрудняет производство очень тонких пленок. С другой стороны, более плотные материалы прочнее, но, как правило, имеют k-значение. Углеродная плёнка, созданная командой из Национального университета Сингапура, аморфна, то есть её атомы не имеют регулярного повторяющегося расположения. Её k-значение оставалось близким к 1,35 при толщине от 0,8 до 2,7 нанометра, что значительно ниже целевого показателя в отрасли, даже при толщине менее одного нанометра.
Низкое значение k решает только одну часть проблемы. Со временем медь может мигрировать из проводника в окружающую изоляцию, где она может образовывать нежелательные электрические пути и в конечном итоге привести к выходу устройства из строя. Поэтому производители микросхем добавляют отдельный барьерный слой, часто из нитрида тантала, чтобы удерживать медь на месте. Этот барьер занимает часть и без того ограниченного пространства, доступного для самого проводника.
В ходе ускоренных испытаний углеродная пленка толщиной всего 0,8 нанометра препятствовала прохождению меди. Прогнозируемый срок службы до отказа при типичном рабочем электрическом поле превысил отраслевой показатель в 10 лет и более чем в 100 раз превысил аналогичный показатель для нитрида тантала.
Пленка также выдерживала воздействие полей напряженностью 28–31 мегавольт на сантиметр, прежде чем теряла свои изоляционные свойства, что примерно в четыре раза превышает заявленную прочность аморфного нитрида бора. Другие пленки, созданные этой группой ученых, толщиной не менее 1,4 нанометра, также удерживали нежелательную утечку тока ниже предела, необходимого для работы транзисторов с низким энергопотреблением. Измеренная твердость этих пленок составила около 100 гигапаскалей, что как минимум в десять раз превышает твердость диоксида кремния.
#новостиэлектроники
Если у вас установлено приложение,
вы можете сразу перейти в канал
вы можете сразу перейти в канал