Fig. 1 Da:strutture imidazolate zeolitiche depositate da vapore come dielettrici a k ultra-basso che riempiono gli spazi Due percorsi proposti per l'integrazione di dielettrici MOF a k ultra-bassi nelle interconnessioni su chip tramite il processo MOF-CVD. I percorsi A e B differiscono nel modo in cui si forma lo strato precursore MOF attorno ai fili di interconnessione. Nel percorso A, l'ossido metallico da convertire in MOF viene depositato dopo la passivazione delle linee metalliche, mentre il percorso B si basa sulla conversione selettiva dell'ossido di metallo formato attraverso l'ossidazione controllata del modello metallico
I ricercatori della KU Leuven e dell'imec hanno sviluppato con successo una nuova tecnica per isolare i microchip. La tecnica utilizza strutture metallo-organiche, un nuovo tipo di materiali costituiti da nanopori strutturati. A lungo termine, questo metodo può essere utilizzato per lo sviluppo di chip ancora più piccoli e potenti che consumano meno energia. Il team ha ricevuto una sovvenzione ERC Proof of Concept per approfondire la propria ricerca.
I chip dei computer stanno diventando sempre più piccoli. Non è una novità:Gordon Moore, uno dei fondatori del produttore di chip Intel, già previsto nel 1965. La legge di Moore afferma che il numero di transistor in un chip, o circuito integrato, raddoppia ogni due anni circa. Questa prognosi è stata successivamente aggiustata a 18 mesi, ma la teoria è ancora valida. I chip stanno diventando più piccoli e la loro potenza di elaborazione è in aumento. Oggi, un chip può avere più di un miliardo di transistor.
Ma questa continua riduzione delle dimensioni porta con sé anche una serie di ostacoli. Gli interruttori e i cavi sono imballati insieme così strettamente da generare più resistenza. Questo, a sua volta, fa sì che il chip consumi più energia per inviare segnali. Per avere un chip ben funzionante, hai bisogno di una sostanza isolante che separi i fili l'uno dall'altro, e garantisce che i segnali elettrici non vengano disturbati. Però, non è una cosa facile da raggiungere a livello di nanoscala.
Cristalli nanoporosi
Uno studio condotto dal professore della KU Leuven Rob Ameloot (Dipartimento di sistemi microbici e molecolari) mostra che una nuova tecnica potrebbe fornire la soluzione. "Stiamo utilizzando strutture metallo-organiche (MOF) come sostanza isolante. Questi sono materiali costituiti da ioni metallici e molecole organiche. Insieme, formano un cristallo che è poroso ma robusto."
Per la prima volta, un team di ricerca presso KU Leuven e imec è riuscito ad applicare l'isolamento MOF al materiale elettronico. Per questo è stato utilizzato un metodo industriale chiamato deposizione chimica da vapore, afferma il ricercatore post-dottorato Mikhail Krishtab (Dipartimento di sistemi microbici e molecolari). "Primo, poniamo un film di ossido sulla superficie. Quindi, lo lasciamo reagire con il vapore della materia organica. Questa reazione fa espandere il materiale, formando i cristalli nanoporosi."
"Il vantaggio principale di questo metodo è che è dal basso verso l'alto, " dice Krishtab. "Depositiamo prima un film di ossido, che poi si gonfia fino a diventare un materiale MOF molto poroso. Puoi paragonarlo a un soufflé che si gonfia nel forno e diventa molto leggero. Il materiale MOF forma una struttura porosa che riempie tutti gli spazi tra i conduttori. È così che sappiamo che l'isolamento è completo e omogeneo. Con altri, metodi dall'alto verso il basso, c'è sempre il rischio di piccole lacune nell'isolamento."
Potente ed efficiente dal punto di vista energetico
Il gruppo di ricerca del professor Ameloot ha ricevuto una sovvenzione ERC Proof of Concept per sviluppare ulteriormente la tecnica, in collaborazione con Silvia Armini del team di imec che lavora su materiali dielettrici avanzati per nanochip. "All'imec, abbiamo le competenze per sviluppare soluzioni basate su wafer, ridimensionare le tecnologie dal laboratorio al fabbricante e aprire la strada alla realizzazione di una soluzione realizzabile per l'industria della microelettronica."
"Abbiamo dimostrato che il materiale MOF ha le giuste proprietà, " Ameloot continua. "Ora, dobbiamo solo affinare la finitura. La superficie dei cristalli è ancora irregolare al momento. Dobbiamo smussare questo per integrare il materiale in un chip".
Una volta perfezionata la tecnica, può essere usato per creare potenti, piccoli chip che consumano meno energia.
Ameloot:"Varie applicazioni di intelligenza artificiale richiedono molta potenza di elaborazione. Pensa alle auto a guida autonoma e alle città intelligenti. Le aziende tecnologiche sono costantemente alla ricerca di nuove soluzioni che siano sia rapide che efficienti dal punto di vista energetico. La nostra ricerca può essere un prezioso contributo per una nuova generazione di patatine".
