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磷化鈮薄膜在超薄線路制造中展現(xiàn)潛力,有助解決電子產(chǎn)品能耗問題

2025-01-15 01:35:00 來源: 點擊數(shù):

科技日報記者 張夢然

據(jù)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項最新研究,美國斯坦福大學(xué)研究人員首次發(fā)現(xiàn)一種非晶體材料磷化鈮,在制造芯片上的超薄線路時,只有幾個原子厚的磷化鈮薄膜導(dǎo)電能力比銅更好。此外,這種薄膜可在較低溫度下沉積生產(chǎn),與現(xiàn)代計算機芯片相兼容。這種新材料在未來的納米電子學(xué)領(lǐng)域極具潛力,有望帶來功能更強、更節(jié)能的電子產(chǎn)品,幫助解決當(dāng)前電子產(chǎn)品中的電力和能耗問題。

隨著計算機芯片越來越小、越來越復(fù)雜,在芯片中傳輸電信號的超薄金屬線已成為一個薄弱環(huán)節(jié)。隨著線路更細更薄,標(biāo)準(zhǔn)金屬線的導(dǎo)電能力會變差,最終限制納米級電子產(chǎn)品的尺寸、效率和性能。

而新型導(dǎo)體磷化鈮是拓撲半金屬,其整個材料都可導(dǎo)電,但外表面比中間導(dǎo)電性更好。隨著磷化鈮薄膜變薄,中間部分收縮,但其表面積不變甚至更大,更好的表面導(dǎo)電能力使整個材料成為更好的導(dǎo)體。另一方面,銅等傳統(tǒng)金屬一旦薄于50納米,導(dǎo)電能力會變得更差。

研究人員發(fā)現(xiàn),即使在室溫下工作,磷化鈮在薄膜厚度低于5納米時,導(dǎo)電性也比銅更好。在這種尺寸下,銅線難以跟上快速發(fā)射的電信號,并耗散更多的熱能。

此前,研究人員一直在尋找可用于納米電子領(lǐng)域的導(dǎo)電材料,但到目前為止,最好的候選材料都有極其精確的晶體結(jié)構(gòu),要在非常高溫度下才能形成。此次研究制造的磷化鈮薄膜,有望成為更理想的導(dǎo)體,也為探索利用其他拓撲半金屬制造超薄電路鋪平了道路。

研究顯示,磷化鈮薄膜可在相對較低溫度下形成。在400℃下,研究人員可將磷化鈮沉積為薄膜,這一溫度可避免損壞或破壞現(xiàn)有的硅計算機芯片。

研究人員指出,磷化鈮薄膜并不會快速取代所有計算機芯片中的銅,在制造較厚線路和電線時,銅仍然是更好的選擇,而磷化鈮更適用于最薄處的連接。

總編輯圈點:

一般來說,金屬線在導(dǎo)電這件事上只能“以胖為美”,如果線變細,導(dǎo)電性能就會變差。在一切小型化的今天,超薄金屬線的導(dǎo)電能力就成了問題。但新型導(dǎo)體磷化鈮不一樣,它“越細越吃香”,即使薄如蟬翼,導(dǎo)電能力也比常用的銅更好。而且,磷化鈮薄膜可以在較低溫度下形成,能與現(xiàn)有芯片材料“和平共處”。我們可以在計算機芯片中進行小規(guī)模的材料更新,將磷化鈮用于最薄處的連接,以制造性能更高和更節(jié)能的納米級電子產(chǎn)品。

責(zé)任編輯:常麗君

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