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      未来奈米晶片设计障碍

      来源:21ic     时间:2012-11-13

       

          一群来自加拿大麦基尔大学的物理学家们证实,当导线由两种不同的金属组成时,电流有可能会大幅度降低。这意味着未来的半导体设计可能遇到障碍。

       

          上述研究人员与美国汽车大厂通用(GE)研发部门共同合作,发现让人惊讶的电流遽降现象,显示在新兴的奈米电子领域,材料的选择与元件设计可能会成为一大挑战。

       

          随着半导体元件尺寸持续微缩,未来晶片设计工程师需要了解,当金属导线直径被局限到仅有数个原子宽时,电荷的行为模式该如何变化。

       

          麦基尔大学物理学教授PeterGrutter表示,当奈米晶片线路尺寸逐渐微缩至原子等级,电流阻抗将不再随着元件的微缩以恒定速率增加;相反的,电阻会“到处乱跳”,展现量子力学的反直觉效应。

       

          这个现象可以用橡胶水管来比喻,Grutter表示,如果你让水压保持恒定,当缩小水管的直径,出来的水量就会比较少;而将水管的尺寸缩小到麦秆大小,直径仅2~3个原子宽,出水量将不再随着水管横切面尺寸成比例缩减,其量化(跳跃)方式是变动的。

       

          Grutter与麦基尔大学同仁以及GE的研究人员将这种量子怪现象写成论文,发表在美国国家科学院公报。该团队研究了一种超小型的金与钨合金触点,这两种金属目前时常组合应用于半导体元件中,做为连结装置内不同零组件的导线。

       

          在Grutter的实验室内,研究人员以先进的显微镜技术,以原子及精密度撷取钨探针与金表面的影像,并以控制精度方法将这两种金属结合。他们发现,通过这种合金触点的电流比预期低很多。

       

          麦基尔大学研究团队与来自GM研发中心的科学家YueQi合作,完成了这种合金触点的原子结构机械模型,证实两种金属之间电子结构的相异性会导致电流降低四倍,就算两种材料达成完美介面也是一样。

       

          此外研究人员也发现,因为结合两种金属材料而产生的晶体缺陷──正常情况下完美排列的原子发生错位,是造成电流下降现象的进一步原因。

       

      未来奈米晶片设计障碍


          我们观察到的电流下降幅度,比大多数专家所预期的高出十倍之多。Grutter表示,它们的研究结果显示,未来需要有更多相关研究来克服这样的问题,可能是透过材料的选择或是其他的处理技术:要找到解决方案的第一步就是意识到这样的问题,而我们是第一次证实这是奈米电子系统会遭遇的大问题。


       

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