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集成电路逐步小型化 石墨烯将发挥关键作用

仪表上游 2017年02月22日 16:52:47 来源:technews人气:19133
  【中国仪表网 仪表上游】随着集成电路越来越小型化,目前摩尔定律的存续命运,似乎大多聚焦在硅晶体管的改良上。不过,逐渐有研究人员开始从别的组成部分着手:例如连接各个晶体管形成复杂电路的铜线。而石墨烯在其中起到着关键作用。
  


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  为了提高性能,集成电路密度不断提升,而在同样面积的芯片当中塞入更多晶体管,便意味着需要更多线路来连接它们。在2000年生产组铜线互联的芯片,每平方公分布有1公里的铜线;但今日的14奈米节点处理器,在同样面积里却能包含10公里的铜线。
  
  现在越的芯片,铜线就变得越细窄,电阻也因而提高,却又得承载更多电流以加快切换速度、提高性能,于是会产生电迁移(Electromigration)现象。通电铜线的电子会把动能传递给金属离子,使离子朝电场反方向运动而逐渐迁移,导致铜线的原子扩散与损失,造成短路。
  
  目前的解决方法,是将铜线置沟槽内,沟槽内壁则包覆了厚达2奈米的氮化钽(tantalum nitride),能够阻止铜的逸失。 但这种方式顶多撑到10奈米及7奈米的节点。 随着制程持续缩小,2奈米的内壁也将变得太厚。
  
  针对铜线互联即将面临的问题,去年12月在旧金山举行的IEEE国际电子设备会议上,来自Stanford的电机工程师H.-S. Philip Wong与其团队,发现以石墨烯镀铜,就可以解决电迁移现象,并且降低电阻。Wong表示,虽然研究人员早已在研究其他可能阻止电迁移的衬层,包括钌和镁,不过石墨烯可以比任何材质都还要薄。 另外,半导体工业其实尽量避免在找寻新材料上花太多时间,但以现在的情况来看,若铜的寿命无法再延续下去,则必须采用新材料(例如钴)来取代。
  
  Stanford 的团队目前与科林研发(Lam Research Corp.)以及中国浙江大学合作,测试复合式材料布线,让石墨烯从铜在线生成。 科林研发已经开发出专门的制造方式,在不会损坏芯片其他部分的温度下(低于400℃)进行,这种包覆石墨烯的复合材料抑制电迁移的效果是一般铜线的10倍,并且只有一半的电阻。
  
  摩尔定律要能走下去,往后除了晶体管之外,势必连内存、线路等都得加入改良的行列,而石墨烯的角色或将更加吃重。
  
  (原标题:给摩尔定律续命,石墨烯还有这能耐?)
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