Bornitrid erhöht Lebensdauer von Schaltkreisen

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Elektromigration laut Forschern der University of
South Florida durch dünne Moleküllage verhinderbar

Bornitrid erhöht Lebensdauer von Schaltkreisen
Hexagonal angeordnete Bornitridmoleküle zum Schutz (Grafik: CCO Public Domain)
Archiv | 12.06.2021 | Forscher der University of South Florida haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Elektromigration verhindern lässt. Es soll vor allem Schaltungen schützen, deren Strukturen im Nanometerbereich liegen. Michael Cai Wang und sein Team haben eine Beschichtung aus Bornitrid entwickelt, mit der die Schaltkreise überzogen werden. Sie ist nur eine Moleküllage dick und die Moleküle sind im Sechseck angeordnet, wie die Kohlenstoffatome bei Graphen.

Schutz und weniger Platz

Laut den Experten verhindert das isolierende Material, wie andere Techniken auch, die Zerstörung der Schaltkreise, benötigt aber keinen zusätzlichen Platz auf dem Wafer, der damit mehr Platz für Transistoren bietet. Unter Elektromigration versteht man einen Materialtransport durch die Bewegung von Ionen in einem festen Leiter. Diese Wanderung in eine Richtung wird vor allem durch Kollisionen mit Elektronen ausgelöst. Dadurch verkleinern sich die Strukturen bis hin zum Totalausfall.

 

Der gefürchtete Effekt ist zwar seit mehr als 100 Jahren bekannt, doch erst mit dem Eindringen der Mikroelektronik in den Nanobereich wird er relevant. Wenn von feinsten Strukturen ständig Material abgetragen wird, wirkt sich das angesichts der geringen Masse, die zur Verfügung steht, relativ schnell negativ aus. "Mit unserem Verfahren erreicht man nicht nur eine Verbesserung von Halbleitern und integrierten Schaltungen, sondern ermöglicht auch eine weitere Verkleinerung der Strukturen", sagt Wang.

 

2.500 Prozent höhere Lebensdauer

Den Wissenschaftlern nach kann die Halbleiterindustrie dank des neuen Verfahrens die Fortdauer der Gültigkeit des Mooreschen Gesetzes sicherstellen. Es besagt, dass sich die Komplexität von integrierten Schaltkreisen spätestens nach 24 Monaten verdoppelt. In ihrem in der Fachzeitschrift "Advanced Electronic Materials" veröffentlichten Beitrag sagen die Entwickler des Schutzmechanismus, er verlängere die Lebensdauer eines Schaltkreises um 2.500 Prozent und lasse eine um mehr als 20 Prozent höhere Stromdichte zu.

 

"Elektrofahrzeuge und Systeme für autonomes Fahren lassen die Nachfrage nach effizienterer Elektronik exponentiell anwachsen", sagt Yunjo Jeong, der zu Wangs Team gehört. "Eine höhere Dichte und mehr Effizienz integrierter Schaltkreise wird die Entwicklung besserer ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise) ermöglichen." (pte)


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