集成电路逐步小型化 石墨烯将发挥关键作用
- 2017/2/22 16:52:47 19445
- 来源：technews
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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奈米节点处理器，在同样面积里却能包含10公里的铜线。
现在越的芯片，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奈米的氮化钽（tantalum nitride），能够阻止铜的逸失。 但这种方式顶多撑到10奈米及7奈米的节点。 随着制程持续缩小，2奈米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。
（原标题：给摩尔定律续命，石墨烯还有这能耐？）
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