科學家探索具有超低介電常數和極高傳熱性能的半導體新材料

近年來,摩爾定律的發展方向似乎遇到了一些瓶頸。按照此前的預期,集成電路的晶體管數量有望每隔一段時間翻番。但現實是,隨着製程的不斷演進,熱管理已成為了芯片突破的一個重要挑戰。好消息是,弗吉尼亞大學工程學院和西北大學的研究人員們,剛剛打造了一種基於新型聚合物的電路絕緣材料,特點是能夠在較小的空間內達成更高的功率。

科學家探索具有超低介電常數和極高傳熱性能的半導體新材料

COF-5 介電層阻抗測量(圖自:Nature Materials)

據悉,由弗吉尼亞大學機械與航空工程學系教授 Patrick E. Hopkins 和西北大學化學系教授 Will Dichtel 帶領的這支多學科研究小組,正在發明一種有望隨着尺寸的不斷縮小而保持芯片不發高燒的新型材料。

在今日發表於《自然材料》期刊的一篇文章中,他們隆重介紹了一種將電串擾做到最小化的電絕緣材料,且其具有超低的介電常數(ultra-low-k)。

該材料能夠通過控制電流以消除信號串擾,使得電子產品能夠進一步突破當前的性能極限。理想情況下,它還能夠將電流引起的有害熱量從電路中帶走。

隨着芯片製程不斷變小和晶體管密度的不斷提升,發熱造成的困擾也在成倍增長。為此,Patrick E. Hopkins 教授決定尋找一種超低介電常數的新材料。

盡管此前已經相關領域探索了很長一段時間,但除非通過機械工程、化學、材料科學、電氣工程等多學科的集思廣益,這個目標還是很難單獨達成的。

SCITechDaily 指出,Patrick E. Hopkins 教授是該校多功能材料集成計劃的領導者之一,並且匯聚了來自多個工程學科的研究人員,以配製出這種具有優異特性的新材料。

研究一作 Ashutosh Giri 表示,化學團隊意識到了材料的熱特性,接着從更多的維度去探索,而機械與材料團隊可以從分子工程水平上去作深入了解。

Will Dichtel 教授補充道,他們正在打造只有一個原子那麼厚(簡稱 2D)的聚合物薄板,並通過在特定的體系結構中對其進行分層,以控制它們的性能。

通過改進生產高質量 2D 聚合物薄膜的方法,研究團隊正在積極應用這種新型材料,以滿足在緻密芯片上讓晶體管規模更加密集的小型化要求。

展望未來,這項技術有望在半導體(芯片製造)行業發揮巨大的潛力,因其不僅具有超低介電常數、又具有超高的傳熱性能。

感興趣的朋友,可移步至《Nature Materials》查看全文,原標題為《Thermally conductive ultra-low-k dielectric layers based on two-dimensional covalent organic frameworks》。

來源:cnBeta