为摩尔定律续命：在计算机芯片布线加入石墨烯
发布时间：2017-2-23 16:37
发布者：eechina
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来源：Technews 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。 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 年生产第一组铜线互联的芯片，每平方公分布有 1 公里的铜线；但今日的 14 nm节点处理器，在同样面积里却能包含 10 公里的铜线。 现在越尖端的芯片，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 nm的氮化钽（tantalum nitride），能够阻止铜的逸失。 但这种方式顶多撑到 10 nm及 7 nm的节点。 随着制程持续缩小，2 nm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。 |
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