Pesquisadores da University of South Florida desenvolveram recentemente uma nova abordagem para mitigar a eletromigração em interconexões eletrônicas em nanoescala que são onipresentes em circuitos integrados de última geração. Isso foi conseguido revestindo as interconexões de metal de cobre com nitreto de boro hexagonal (hBN), um material isolante bidimensional (2-D) atomicamente fino que compartilha uma estrutura semelhante ao grafeno do "material maravilhoso".

A eletromigração é o fenômeno no qual uma corrente elétrica passando por um condutor causa a erosão em escala atômica do material, eventualmente resultando em falha do dispositivo. A tecnologia de semicondutor convencional aborda esse desafio usando uma barreira ou material de revestimento, mas isso ocupa um espaço precioso no wafer que poderia ser usado para embalar mais transistores. A abordagem do professor assistente de engenharia mecânica da USF Michael Cai Wang atinge esse mesmo objetivo, mas com os materiais mais finos possíveis do mundo, materiais bidimensionais (2-D).

"Este trabalho apresenta novas oportunidades de pesquisa sobre as interações interfaciais entre metais e materiais 2-D na escala ångström. Melhorar o desempenho de dispositivos eletrônicos e semicondutores é apenas um resultado desta pesquisa. Os resultados deste estudo abrem novas possibilidades que podem ajudar no avanço futura fabricação de semicondutores e circuitos integrados, "Wang disse." Nossa nova estratégia de encapsulamento usando hBN de camada única como material de barreira permite maior escalonamento da densidade do dispositivo e a progressão da Lei de Moore. " um nanômetro é 1/60, 000 da espessura do cabelo humano, e um ångström é um décimo de um nanômetro. Manipular materiais 2-D de tal espessura requer extrema precisão e manuseio meticuloso.

Em seu estudo recente publicado na revista Materiais Eletrônicos Avançados , as interconexões de cobre passivadas com uma monocamada hBN por meio de uma abordagem compatível de back-end-of-line (BEOL) exibiram uma vida útil do dispositivo mais de 2500% mais longa e uma densidade de corrente mais de 20% maior do que os dispositivos de controle idênticos. Esta melhoria, juntamente com a ångström-finura de hBN em comparação com materiais convencionais de barreira / revestimento, permite maior densificação de circuitos integrados. Essas descobertas ajudarão a aumentar a eficiência do dispositivo e diminuir o consumo de energia.

“Com a crescente demanda por veículos elétricos e direção autônoma, a demanda por computação mais eficiente cresceu exponencialmente. A promessa de maior densidade e eficiência de circuitos integrados permitirá o desenvolvimento de melhores ASICs (circuitos integrados de aplicações específicas) adaptados a essas necessidades emergentes de energia limpa ", explicou Yunjo Jeong, um ex-aluno do grupo de Wang e primeiro autor do estudo.

Um carro moderno médio tem centenas de componentes microeletrônicos, e a importância desses componentes minúsculos, mas críticos, foi especialmente destacada por meio da recente escassez global de chips. Tornar o projeto e a fabricação desses circuitos integrados mais eficientes será a chave para mitigar possíveis interrupções futuras na cadeia de suprimentos. Wang e seus alunos agora estão investigando maneiras de acelerar seu processo até a escala fabulosa.

"Nossas descobertas não se limitam apenas às interconexões elétricas na pesquisa de semicondutores. O fato de termos sido capazes de alcançar uma melhoria drástica no dispositivo de interconexão implica que os materiais 2-D também podem ser aplicados a uma variedade de outros cenários." Wang acrescentou.