(PhysOrg.com) -- I ricercatori di Chalmers hanno dimostrato che due chip impilati possono essere interconnessi verticalmente con via di nanotubi di carbonio attraverso i chip. Questo nuovo metodo migliora le possibilità di integrazione 3D di circuiti, uno degli approcci più promettenti per la miniaturizzazione e la promozione delle prestazioni dell'elettronica.

L'integrazione tridimensionale è un campo caldo all'interno dell'elettronica poiché offre un nuovo modo per imballare i componenti densamente e quindi costruire piccoli, unità ben funzionanti. Quando si impilano i trucioli verticalmente, il modo più efficace per interconnetterli è con interconnessioni elettriche che passano attraverso il chip (invece di essere cablate insieme ai bordi) - quelle che sono note come via attraverso il silicio.

Finora l'industria ha utilizzato principalmente il rame per questo scopo; però, il rame presenta diversi svantaggi che possono limitare l'affidabilità dell'elettronica 3D. Un altro problema importante riguarda il raffreddamento quando i chip si surriscaldano. Le eccellenti qualità termiche dei nanotubi di carbonio possono giocare un ruolo decisivo in questo senso.

Così un team di ricerca di Chalmers sta lavorando con i nanotubi di carbonio come materiale conduttivo per le vie di silicio passanti. I nanotubi di carbonio – o tubi fatti di grafene le cui pareti sono spesse solo un atomo – saranno i più affidabili di tutti i materiali conduttivi se sarà possibile usarli su larga scala. Questa è l'opinione di Kjell Jeppsson, un membro del gruppo di ricerca.

"Potenzialmente, i nanotubi di carbonio hanno proprietà molto migliori del rame, sia in termini di conducibilità termica che elettrica”, lui dice. “I nanotubi di carbonio sono anche più adatti all'uso con il silicio da un punto di vista puramente meccanico. Si espandono all'incirca nella stessa quantità del silicio circostante mentre il rame si espande di più, che si traduce in una tensione meccanica che può causare la rottura dei componenti."

I ricercatori hanno dimostrato che due chip possono essere interconnessi verticalmente con nanotubi di carbonio tramite silicio attraverso interconnessioni, e che i chip possono essere incollati. Hanno anche dimostrato che lo stesso metodo può essere utilizzato per l'interconnessione elettrica tra il chip e il pacchetto.

Il dottorando Teng Wang – che difende la sua tesi il 12 dicembre – ha lavorato alla produzione. Ha sviluppato una tecnica per riempire i viali di silicio con migliaia di nanotubi di carbonio. I chip vengono quindi legati con un adesivo in modo che i nanotubi di carbonio siano direttamente a contatto e possano quindi condurre corrente attraverso i chip.

"Una difficoltà riguarda la produzione di nanotubi di carbonio con proprietà perfette e con la lunghezza che dobbiamo passare attraverso il chip, " dice. "Abbiamo prodotto tubi lunghi 200 micrometri, che può essere paragonato al diametro che è di soli 10 nanometri. Le loro proprietà, però, non sono ancora perfetti".

Per il metodo da trasferire alla produzione industriale, la temperatura di produzione deve essere ridotta a un massimo di 450 gradi. Questa è una grande sfida poiché i nanotubi di carbonio sono attualmente "cresciuti" ad un minimo di 700 gradi.

In caso di successo, sorgeranno possibilità completamente nuove per il futuro restringimento dell'elettronica, non da ultimo in termini di prestazioni migliorate. L'integrazione tridimensionale che utilizza i via passanti in silicio fornisce trasferimenti di segnale significativamente più rapidi rispetto all'integrazione tradizionale in cui i chip sono posizionati uno accanto all'altro. Per di più, i via passanti in silicio con nanotubi di carbonio forniscono una produzione meno costosa rispetto all'attuale tecnologia che utilizza interconnessioni in rame.

"Ci sono diversi progetti che coinvolgono l'integrazione 3D in corso nel settore, ma ci sono potenziali problemi sia con il raffreddamento che con l'affidabilità poiché usano il rame, " dice Kjell Jeppsson. "Se il nostro metodo funziona su larga scala, Credo che sarà in produzione entro cinque anni".