I ricercatori della University of South Florida hanno recentemente sviluppato un nuovo approccio per mitigare l'elettromigrazione nelle interconnessioni elettroniche su nanoscala che sono onnipresenti nei circuiti integrati all'avanguardia. Ciò è stato ottenuto rivestendo le interconnessioni metalliche in rame con nitruro di boro esagonale (hBN), un materiale isolante bidimensionale (2-D) atomicamente sottile che condivide una struttura simile al grafene "materiale meraviglioso".

L'elettromigrazione è il fenomeno in cui una corrente elettrica che passa attraverso un conduttore provoca l'erosione su scala atomica del materiale, eventualmente con conseguente guasto del dispositivo. La tecnologia dei semiconduttori convenzionale affronta questa sfida utilizzando una barriera o un materiale di rivestimento, ma questo occupa spazio prezioso sul wafer che altrimenti potrebbe essere utilizzato per contenere più transistor. L'approccio dell'assistente professore di ingegneria meccanica dell'USF Michael Cai Wang raggiunge questo stesso obiettivo, ma con i materiali più sottili possibili al mondo, materiali bidimensionali (2-D).

"Questo lavoro introduce nuove opportunità di ricerca sulle interazioni interfacciali tra metalli e materiali 2-D su scala ngström. Il miglioramento delle prestazioni dei dispositivi elettronici e semiconduttori è solo uno dei risultati di questa ricerca. I risultati di questo studio aprono nuove possibilità che possono aiutare a far progredire futura produzione di semiconduttori e circuiti integrati, " Wang ha detto. "La nostra nuova strategia di incapsulamento che utilizza hBN a strato singolo come materiale barriera consente un ulteriore ridimensionamento della densità del dispositivo e la progressione della legge di Moore". un nanometro è 1/60, 000 dello spessore dei capelli umani, e un ångström è un decimo di nanometro. La manipolazione di materiali 2-D di tale sottigliezza richiede estrema precisione e manipolazione meticolosa.

Nel loro recente studio pubblicato sulla rivista Materiali elettronici avanzati , le interconnessioni in rame passivate con un hBN monostrato tramite un approccio compatibile back-end-of-line (BEOL) hanno mostrato una durata del dispositivo superiore del 2500% e una densità di corrente superiore di oltre il 20% rispetto a dispositivi di controllo altrimenti identici. Questo miglioramento, accoppiato con la sottigliezza ångström di hBN rispetto ai materiali barriera/rivestimento convenzionali, consente un'ulteriore densificazione dei circuiti integrati. Questi risultati aiuteranno a migliorare l'efficienza dei dispositivi ea ridurre il consumo di energia.

"Con la crescente domanda di veicoli elettrici e guida autonoma, la richiesta di un'elaborazione più efficiente è cresciuta in modo esponenziale. La promessa di una maggiore densità ed efficienza dei circuiti integrati consentirà lo sviluppo di migliori ASIC (circuiti integrati specifici per le applicazioni) su misura per queste esigenze emergenti di energia pulita", ha spiegato Yunjo Jeong, un alunno del gruppo di Wang e primo autore dello studio.

Un'auto moderna media ha centinaia di componenti microelettronici, e il significato di questi componenti minuscoli ma critici è stato particolarmente evidenziato dalla recente carenza globale di chip. Rendere più efficiente la progettazione e la produzione di questi circuiti integrati sarà la chiave per mitigare possibili interruzioni future della catena di approvvigionamento. Wang e i suoi studenti stanno ora studiando modi per accelerare il loro processo su scala favolosa.

"I nostri risultati non si limitano solo alle interconnessioni elettriche nella ricerca sui semiconduttori. Il fatto che siamo stati in grado di ottenere un miglioramento così drastico del dispositivo di interconnessione implica che i materiali 2-D possono essere applicati anche a una varietà di altri scenari". Wang ha aggiunto.