電遷移是一種現象，即電流通過導體時導致材料的原子級侵蝕，最終導致設備故障。傳統的半導體技術通過使用屏障或襯墊材料來應對這一挑戰，但這占用了晶圓上的寶貴空間，而這些空間本來可以用來裝入更多的晶體管。南加州大學機械工程系助理教授Michael Cai Wang的方法實現了同樣的目標，但使用的是世界上較薄的材料，即二維(2D)材料。
南佛羅里達大學的研究人員最近開發了一種新的方法來減輕在較先進的集成電路中無處不在的納米級電子互連的電遷移。這是通過用六方氮化硼(hBN)涂抹銅金屬互連體來實現的，六方氮化硼是一種原子厚度的絕緣二維(2D)材料，與“神奇材料”石墨烯的結構相似。
在他們最近發表在《先進電子材料》雜志上的研究中，研究團隊通過線后(BEOL)兼容方法用單層hBN鈍化的銅互連，使用單層hBN作為屏障材料的新型封裝策略能夠進一步擴大器件密度和摩爾定律的進展。
作為參考，一納米是人類頭發厚度的1/60,000，而一歐格斯特是一納米的十分之一。操縱如此薄的二維材料需要極高的精度和細致的處理。
與其他相同的控制設備相比，使用新技術的設備壽命延長2500%以上，電流密度提高20%以上。這一改進，再加上與傳統的阻隔/襯墊材料相比，hBN超乎尋常的薄度，使得集成電路的密度進一步提高。這些發現將有助于提高器件效率和降低能耗。
隨著對電動汽車和自動駕駛的需求不斷增加，對更有效的計算的需求也成倍增長。更高的集成電路密度和效率的承諾將使開發更好的ASIC(特定應用集成電路)成為可能，以滿足這些新興的清潔能源需求。
一輛普通的現代汽車有數百個微電子元件，這些微小但關鍵的元件的重要性在最近的全球芯片短缺中得到了特別強調。使這些集成電路的設計和制造更加有效，將是緩解未來可能出現的供應鏈中斷的關鍵。研究團隊現在正在研究如何將他們的工藝加快到工廠規模。
“我們的發現并不僅僅局限于半導體研究中的電氣互連。我們能夠實現如此大幅度的互連器件改進，意味著二維材料也可以應用于其他各種情況。”Wang補充說。
這項研究的發現開辟了新的可能性，可以幫助推進未來的半導體和集成電路的制造。
