Průlom v Singapuru: Atomově tenký povlak o tloušťce 0,7 nm zrychlí čipy pro AI a superpočítače

Vědci z Národní univerzity v Singapuru (NUS) a společnosti Applied Materials vyvinuli novou metodu pro růst extrémně tenkých filmů na čipech.

Vědci z Národní univerzity v Singapuru (NUS) a společnosti Applied Materials vyvinuli novou metodu pro růst extrémně tenkých filmů na čipech. Tento atomově tenký povlak z disulfidu wolframu (WS2) má tloušťku pouhých 0,7 nanometru a slouží k ochraně miniaturních měděných vodičů uvnitř mikročipů.

Současné počítačové čipy se zmenšují k absolutním fyzickým limitům, což způsobuje, že mikroskopické měděné vodiče uvnitř nich mají minimální prostor. Problémem není samotná měď, ale objemná izolační vrstva, která ji obklopuje. Každý nanometrový měděný vodič v moderním procesoru vyžaduje dvě ochranné vrstvy: bariérovou vrstvu, která brání úniku atomů mědi a zkratování čipu, a adhezní vrstvu, která zajišťuje hladké přilnutí mědi k základu čipu. Dnes se pro tyto povlaky používají materiály na bázi tantalu, které jsou však obtížně zmenšitelné. Jak se součástky čipů zmenšují, tyto objemné povlaky spotřebovávají až polovinu průřezu vodiče, což výrazně zvyšuje elektrický odpor a snižuje výkon čipu.

Nově vyvinutý ultratenký film z disulfidu wolframu (WS2) plní obě funkce – adhezi i bariéru – a jeho celková tloušťka je pouhých 0,7 nanometru. Konvenční inženýrská logika předpokládala, že k zajištění obou úkolů jsou zapotřebí dva zcela odlišné materiály. Vědci z katedry chemie NUS však pomocí pokročilého počítačového modelování zjistili, že film WS2 roste v chaotickém, polykrystalickém vzoru, tvořeném drobnými, mikroskopickými zrny. Když jsou tyto vrstvy naskládány, zrna jsou zcela nesourodá. Tato náhodná orientace zrn mezi vrstvami vytváří „labyrint“, kterým atomy mědi obtížně procházejí. Překrývající se hranice zrn tak účinně zachycují atomy mědi a brání jejich úniku.

Testy pod vysokým zatížením ukázaly, že atomový štít WS2 snížil elektrický odpor milionkrát a zmenšil stopu povlaku na pouhých 7 % prostoru 20nanometrového vodiče, čímž uvolnil místo pro měděný proud. Navíc tato metoda prodloužila předpokládanou životnost vodičů více než desetkrát při extrémním elektrickém namáhání.

Proces růstu materiálu je navržen pro okamžitou komerční využitelnost. Probíhá bez plazmy při nízké teplotě 350 °C, aby se zabránilo poškození podkladových součástí čipu. Tato metoda je první, která současně splňuje všechny čtyři přísné průmyslové výrobní standardy: nízkoteplotní provedení, rovnoměrné pokrytí celých destiček, kontrolu tloušťky na atomové úrovni a více než 95% konformní pokrytí uvnitř hlubokých, úzkých drážek. S globální poptávkou po čipech, která se blíží bilionu amerických dolarů ročně, přichází tento atomově tenký štít v pravý čas. Tým vědců poznamenává, že nový materiál je tenčí než jakýkoli bariérový cíl stanovený v mezinárodním plánu vývoje polovodičových technologií až do roku 2037. Zjištění byla publikována v časopise Nature Electronics.