史丹佛大學工程研究員發現新佈線材料可取代銅，或許未來將改變晶片技術
科技產業資訊室 - 友子 發表於 2025年1月22日
圖、史丹佛大學工程研究員發現新佈線材料可取代銅，或許未來將改變晶片技術
設計和製造愈來愈小的晶片的能力正是推動了世界技術快速進步的基礎。其中一個挑戰是，電子元件隨著小型化而產生愈來愈多的熱量。一個重要的問題在於使連接晶片上電晶體的電線更細，同時確保釋放最少的熱量。
這些互連材料通常是銅。一旦開始將它們縮小到奈米級厚度時，它們的電阻會迅速增加，因為沿著導線移動的電子有更高的機率與導線表面發生碰撞，這稱為散射(scattering)。散射會導致能量以廢熱的形式釋放，這意味著您需要更多的電力來維持相同的性能水準。
史丹佛大學的研究小組發現一種名為磷化鈮(NbP)材料薄膜的導電性遠高於厚度低於5奈米的銅。這種改善是因為磷化鈮是一種具有獨特量子特性的材料。
磷化鈮是一種拓樸半金屬，其原子結構而具有獨特的電子特性，是2016年諾貝爾物理學獎的研究對象。磷化鈮沿著表面的電導率極高，並且無論材料的形狀或尺寸如何變化，電導率都保持不變。也就是說，材料變薄、彎曲或出現脊線，表面上可以觀察到的特殊導電性能仍然存在。
對於現今晶片最重要的是，磷化鈮薄膜可在較低溫度下沉積生產，與現代電腦晶片相兼容。這種新材料在未來的奈米電子學領域極具潛力，有望帶來功能更強、更節能的電子產品，幫助解決當前電子產品中的電力和能耗問題。
此前，研究人員一直在尋找可用於奈米電子領域的導電材料，但到目前為止，最好的候選材料都有極其精確的晶體結構，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體，也為探索利用其他拓樸半金屬製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有的矽電腦晶片。
另外一個重要的問題是，地球上是否有足夠的磷化鈮可用於製造。基本上，磷在地球中的含量幾乎與碳一樣豐富，而鈮的含量約為銅的三分之一，大致與鈷和鎳相當。這表明供應充足，但專家必須權衡從礦石中提取鈮元素的相對成本。
此外，研究團隊發現因為這些量子特性是在無序薄膜中觀察到的，這意味著磷化鈮不是以最受控制的方式製造出能最大限度地發揮其導電性能，所以量產也將成為一個挑戰。
研究人員指出，磷化鈮薄膜並不會快速取代所有電腦晶片中的銅，在製造較厚線路和電線時，銅仍然是更好的選擇，而磷化鈮更適用於最薄的連接。(937字；圖1)
參考資料：
Next generation computers: new wiring material could transform chip technology. The Conversation. 2025/01/17.
A new ultrathin conductor for nanoelectronics. Stanford Report. 2025/01/08.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
【聲明】
1.科技產業資訊室刊載此文不代表同意其說法或描述，僅為提供更多訊息，也不構成任何投資建議。
2.著作權所有，非經本網站書面授權同意不得將本文以任何形式修改、複製、儲存、傳播或轉載，本中心保留一切法律追訴權利。
|