Fig. 1 Från:Ångavsatta zeolitiska imidazolat-ramverk som gap-fyllande ultralåga k-dielektrikum Två föreslagna vägar för integration av ultra-låg-k MOF-dielektrik i chip-sammankopplingar via MOF-CVD-processen. Rutter A och B skiljer sig åt i hur MOF -prekursorlagret bildas runt sammankopplingstrådarna. På rutt A, metalloxid som ska omvandlas till MOF deponeras efter passivering av metallledningar, medan väg B förlitar sig på selektiv omvandling av metalloxid bildad genom kontrollerad oxidation av metallmönstret
Forskare vid KU Leuven och imec har framgångsrikt utvecklat en ny teknik för att isolera mikrochips. Tekniken använder metall-organiska ramverk, en ny typ av material bestående av strukturerade nanoporer. I längden, denna metod kan användas för utveckling av ännu mindre och kraftfullare chips som förbrukar mindre energi. Teamet har erhållit ERC Proof of Concept -bidrag för att vidareutveckla sin forskning.
Datorchips blir allt mindre. Det är inte nytt:Gordon Moore, en av grundarna till chipstillverkaren Intel, redan förutspådde det 1965. Moores lag säger att antalet transistorer i ett chip, eller integrerad krets, fördubblas ungefär vartannat år. Denna prognos justerades senare till 18 månader, men teorin står kvar. Chips blir mindre och deras processorkraft ökar. Nu för tiden, ett chip kan ha över en miljard transistorer.
Men denna fortsatta minskning av storleken medför också ett antal hinder. Strömställarna och ledningarna är packade ihop så tätt att de genererar mer motstånd. Detta, i tur och ordning, får chipet att konsumera mer energi för att skicka signaler. För att ha ett väl fungerande chip, du behöver en isolerande substans som separerar trådarna från varandra, och säkerställer att de elektriska signalerna inte störs. Dock, det är inte lätt att uppnå på nanoskala.
Nanoporösa kristaller
En studie som leds av KU Leuven -professor Rob Ameloot (Institutionen för mikrobiella och molekylära system) visar att en ny teknik kan ge lösningen. "Vi använder metall-organiska ramverk (MOF) som isolerande ämne. Det här är material som består av metalljoner och organiska molekyler. Tillsammans de bildar en kristall som är porös men ändå robust. "
För första gången, ett forskargrupp vid KU Leuven och imec lyckades applicera MOF -isoleringen på elektroniskt material. En industriell metod som kallas kemisk ångavsättning användes för detta, säger postdoktor Mikhail Krishtab (Institutionen för mikrobiella och molekylära system). "Först, vi lägger en oxidfilm på ytan. Sedan, vi låter det reagera med ånga av det organiska materialet. Denna reaktion får materialet att expandera, bildar de nanoporösa kristallerna. "
"Den största fördelen med denna metod är att den är bottom-up, "säger Krishtab." Vi sätter först in en oxidfilm, som sedan sväller upp till ett mycket poröst MOF -material. Du kan jämföra det med en soufflé som puffar upp i ugnen och blir väldigt lätt. MOF -materialet bildar en porös struktur som fyller alla luckor mellan ledarna. Det är så vi vet att isoleringen är komplett och homogen. Med andra, top-down-metoder, det finns alltid risk för små luckor i isoleringen. "
Kraftfull och energieffektiv
Professor Ameloot forskargrupp har erhållit ERC Proof of Concept -bidrag för att vidareutveckla tekniken, i samarbete med Silvia Armini från imecs team som arbetar med avancerade dielektriska material för nanochips. "I imec, vi har expertis för att utveckla skivbaserade lösningar, skalningsteknik från lab till fab och banar väg för att förverkliga en tillverkbar lösning för mikroelektronikindustrin. "
"Vi har visat att MOF -materialet har rätt egenskaper, "Ameloot fortsätter." Nu, vi måste bara förfina efterbehandlingen. Kristallernas yta är för närvarande fortfarande oregelbunden. Vi måste jämna ut detta för att integrera materialet i ett chip. "
När tekniken väl har blivit perfekt, den kan användas för att skapa kraftfulla, små chips som förbrukar mindre energi.
Ameloot:"Olika AI-applikationer kräver mycket processorkraft. Tänk på självkörande bilar och smarta städer. Teknikföretag letar ständigt efter nya lösningar som är både snabba och energieffektiva. Vår forskning kan vara ett värdefullt bidrag till en ny generation av chips. "
