eine -BN-Probe, die auf einem Si-Substrat bei T = 673 K gezüchtet wurde. Atomspezies sind in verschiedenen Farben dargestellt: Si gelb, Blau N, Pink 3 B UNIST, SAIT, Universität Cambridge, Katalanisches Institut für Nanowissenschaften und Nanotechnologie
Bei der laufenden Miniaturisierung von Logik- und Speichergeräten in elektronischen Schaltkreisen ist die Reduzierung der Abmessungen von Verbindungen - Metalldrähten, die verschiedene Komponenten auf einem Chip verbinden - von entscheidender Bedeutung, um ein schnelles Ansprechen des Geräts zu gewährleisten und seine Leistung zu verbessern.
Die Forschungsanstrengungen konzentrierten sich auf die Entwicklung von Materialien mit hervorragenden Isoliereigenschaften, um die Verbindungen voneinander zu trennen. Geeignete Materialien sollten als Diffusionsbarriere gegen die Migration von Metallen in Halbleiter dienen und thermisch, chemisch und mechanisch stabil sein.
Die Suche nach einem derart stark isolierenden Material hat die Halbleiterindustrie seit mindestens 20 Jahren angetrieben. Wann immer über Materialien mit den gewünschten Eigenschaften berichtet wurde, konnten sie aufgrund schlechter mechanischer Eigenschaften oder unzureichender chemischer Eigenschaften systematisch nicht erfolgreich in Verbindungen integriert werdenStabilität bei der Integration, was zu Zuverlässigkeitsfehlern führt.
Graphen-Flaggschiff Forscher am ICN2 in Spanien und an der Universität von Cambridge in England arbeiteten mit dem Ulsan National Institute of Science and Technology UNIST und dem Samsung Advanced Institute of Technology in Korea zusammen, um ultradünne Filme aus amorphem Bornitrid herzustellen und zu untersuchen a-BN mit extrem niedrigen dielektrischen Eigenschaften, hoher Durchbruchspannung und überlegenen Metallbarriereeigenschaften. Dieses neu hergestellte Material hat ein großes Potenzial als Verbindungsisolator in der nächsten Generation von Elektronikschaltungen.
Die Forscher berichteten über die großtechnische Synthese eines Dünnfilms aus amorphem Bornitrid a-BN, einem Material mit niedrigen dielektrischen Eigenschaften. Mit anderen Worten, amorphes Bornitrid ist ein ausgezeichneter Kandidat für Anwendungen in hoch-Leistungselektronik.
Laut den Forschern "zeigen die Ergebnisse ihrer Studie, dass amorphes Bornitrid ein ausgezeichnetes niedriges κ dielektrische Eigenschaften für Hochleistungselektronik. "Die Studie war veröffentlicht in der Fachzeitschrift Nature.
Der Arbeit zufolge synthetisierten die Forscher a-BN-Schichten mit einer Dicke von bis zu 3 Nanomillimetern nm unter Verwendung eines Siliziumsubstrats und einer induktiv gekoppelten plasmachemischen Gasphasenabscheidung. Das resultierende Material zeigte eine außergewöhnlich niedrige Dielektrizitätskonstante, die sehr nahe bei 1 lag.
Darüber hinaus haben Diffusionsbarrieretests für dieses neue Material, die unter sehr rauen Bedingungen durchgeführt wurden, gezeigt, dass es die Migration von Metallatomen von den Verbindungen in den Isolator verhindern kann. Zusammen mit einer hohen Durchbruchspannung machen diese Eigenschaften a-BN für sehr attraktivpraktische elektronische Anwendungen.
Graphen-Flaggschiff: Zusammenarbeit ohne Grenzen
"Amorphe Formen von Schichtmaterialien wie h-BN sind ein aufstrebendes Forschungsgebiet. Diese Entdeckung zeigt, wie Kooperationen zwischen mehreren Institutionen aus der ganzen Welt zu bahnbrechender Forschung mit erheblichen technologischen Auswirkungen führen können", sagt Manish Chhowalla von GrapheneFlaggschiff-Partner University of Cambridge, Großbritannien.
Chhowalla, Gastprofessorin bei UNIST, half bei der Überwachung des Projekts und arbeitete eng mit den Teams von UNIST und Samsung zusammen, um die Ergebnisse zu entwerfen, zu experimentieren und zu interpretieren.
Die Gruppe von Stephan Roche vom Graphen-Flaggschiff-Partner ICN2, Spanien, führte theoretische und rechnerische Berechnungen durch, mit denen die strukturellen und morphologischen Eigenschaften sowie die dielektrische Reaktion des a-BN-Films erklärt werden konnten. "Unsere Berechnungen halfen bei der Identifizierung der Schlüsselfaktorenfür die hervorragenden Leistungen von a-BN: Der unpolare Charakter der BN-Bindungen und das Fehlen einer Ordnung, die die Ausrichtung der Dipole verhindert. Die Ergebnisse dieser Simulation haben zum Verständnis der Strukturmorphologie dieses amorphen Materials sowie zur Erklärung seines überlegenen Dielektrikums beigetragenLeistungen ", sagt Stephan Roche.
Laut Mar García-Hernández, Marktführer für Graphen-Flaggschiff-Enabling-Materialien, "zeigt diese herausragende Arbeit den Weg, dem man folgen muss. Es gibt kein Dilemma zwischen aktuellen Technologien in Gießereien oder neuen Technologien auf der Basis von Schichtmaterialien. Die Linie, der man folgen muss, ist die IntegrationA-BN kann eine Lösung für ein langjähriges Problem von Verbindungen bei der Herstellung von integrierten CMOS-Schaltkreisen bieten und eine weitere Miniaturisierung elektronischer Bauelemente ermöglichen, da alle Anforderungen an ein Dielektrikum mit extrem niedrigem k-Wert mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften kombiniert werden.hohe Dichte sowie chemische und thermische Stabilität. Dieses Ergebnis fördert die Suche nach neuen amorphen Schichtmaterialien, die neue Lösungen für herausfordernde Probleme bieten können. "
"Kristallines h-BN spielt eine Schlüsselrolle in der Photonik und Optoelektronik von Schichtmaterialien. A-BN wird seit vielen Jahren untersucht, und dieses Papier zeigt vielversprechende elektronische Eigenschaften, wenn seine Dicke der von exfolierten Schichtmaterialien nahekommt. Der Vorteil ist, dass es groß istFlächenabscheidung ist viel einfacher zu erreichen als für das kristalline Gegenstück. Amorphe ultradünne Filme gehören zur Familie der geschichteten und zweidimensionalen Materialien, und dieses Papier wird das erste von vielen sein, das dieses neue vielversprechende Gebiet der Wissenschaft und Technologie erforscht ", sagt AndreaC. Ferrari, Wissenschafts- und Technologiebeauftragter des Graphen-Flaggschiffs und Vorsitzender des Management Panels.
Alles in allem sind dies aufregende Neuigkeiten für die Elektronik-Lieferkette und eine bedeutende Errungenschaft für die Zukunft der Elektronik.
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