Учёные Стэнфордского университета открыли новый материал, который может заменить медь в производстве компьютерных чипов

08.01.2025 19:53:00 | iXBT.com

Учёные Стэнфордского университета совершили прорыв в области наноэлектроники, представив решение одной из ключевых проблем современного производства компьютерных чипов.

По мере того как компьютерные чипы становятся всё меньше и сложнее, сверхтонкие металлические провода, передающие электрические сигналы внутри этих чипов, превращаются в слабое звено. Традиционные металлические проводники теряют свою проводимость при уменьшении толщины, что ограничивает размер, эффективность и производительность наноэлектроники.

В новом исследовании учёные Стэнфорда продемонстрировали, что фосфид ниобия способен проводить электричество лучше меди в плёнках толщиной всего в несколько атомов. При этом, эти плёнки можно создавать и наносить при достаточно низких температурах, что делает их совместимыми с современными технологиями производства компьютерных чипов.

Плёнка толщиной в несколько атомов некристаллического фосфида ниобия лучше проводит ток через поверхность, делая материал в целом лучшим проводником. Источник: Il-Kwon Oh / Asir Khan

Фосфид ниобия относится к категории топологических полуметаллов, что означает способность всего материала проводить электричество, при этом его внешние поверхности обладают лучшей проводимостью, чем середина. При уменьшении толщины плёнки фосфида ниобия средняя область сужается, в то время как поверхности остаются неизменными, что позволяет поверхностям вносить больший вклад в поток электричества, делая материал в целом лучшим проводником.

Исследователи обнаружили, что фосфид ниобия становится лучшим проводником, чем медь, при толщине менее 5 нанометров, даже при комнатной температуре. При таких размерах медные провода с трудом справляются с быстрыми электрическими сигналами и теряют значительно больше энергии в виде тепла.

Многие учёные работают над поиском лучших проводников для наноэлектроники, однако до сих пор лучшие кандидаты требовали очень точной кристаллической структуры, которая формируется при высоких температурах. Плёнки фосфида ниобия, созданные командой исследователей, стали первым примером некристаллических материалов, улучшающих проводимость при уменьшении толщины. Благодаря тому, что им не требуется быть монокристаллами, их можно создавать при более низких температурах — около 400°C, что достаточно низко, чтобы избежать повреждения существующих кремниевых компьютерных чипов.

Несмотря на многообещающие результаты, исследователи не ожидают, что фосфид ниобия полностью заменит медь во всех компьютерных чипах, поскольку медь остаётся лучшим проводником в более толстых плёнках и проводах. Однако фосфид ниобия может использоваться для самых тонких соединений и открывает путь для исследования проводников, созданных из других топологических полуметаллов.

Подробнее