W miarę jak technologia chipów nieustannie rozwija się w kierunku mniejszych i bardziej złożonych rozwiązań, ultracienkie metalowe przewody do przesyłania sygnałów stają się kluczowym wąskim gardłem. Tradycyjne druty miedziane, gdy ich rozmiar zmniejsza się do skali nanometrowej, drastycznie zwiększają swoją rezystancję i obniżają przewodność, co ogranicza wydajność elementów elektronicznych i zwiększa zużycie energii. Niedawno zespół badawczy z Uniwersytetu Stanforda opublikował 3 stycznia w czasopiśmie „Science” wyniki badań, które potwierdzają, że materiał o nazwie fosforek niobu (Niobium Phosphide, NbP) w postaci cienkiej warstwy o grubości zaledwie kilku atomów przewyższa miedź pod względem przewodności elektrycznej i może być wytwarzany w niższych temperaturach, co jest kompatybilne z istniejącymi procesami produkcji chipów. Ten przełom ma potencjał do napędzania rozwoju bardziej wydajnych i energooszczędnych produktów elektronicznych.
Spis treści:
Ultracienki Fosforek Niobu o Lepszych Właściwościach Przewodzących niż Miedź
Badania wykazały, że gdy grubość przewodów metalowych spada poniżej 50 nanometrów, przewodność tradycyjnych metali, takich jak miedź, znacznie spada. Wynika to głównie z rozpraszania elektronów na powierzchni przewodnika podczas ich przesyłania, co powoduje utratę energii w postaci ciepła. Jednakże fosforek niobu należy do topologicznych półmetali, a struktura elektronowa tych materiałów posiada unikalne właściwości kwantowe, które sprawiają, że cały materiał jest przewodzący, a jego przewodność powierzchniowa jest niezwykle wysoka, nawet wyższa niż wewnątrz. Dlatego, gdy warstwa fosforku niobu staje się niezwykle cienka, jej przewodność nadal pozostaje doskonała, a nawet w temperaturze pokojowej, przy grubości poniżej 5 nanometrów, jej przewodność przewyższa miedź.
Jeden z autorów badania, Asir Intisar Khan, wskazał, że przełamanie technicznego wąskiego gardła tradycyjnych drutów miedzianych poprzez zastosowanie fosforku niobu jako przewodnika w ultracienkich połączeniach nie tylko przyspieszy przesyłanie sygnałów, ale także zwiększy efektywność energetyczną chipów. Szczególnie dla dużych centrów danych, gdzie tysiące chipów, nawet przy niewielkim wzroście efektywności, mogą przynieść znaczny wzrost ogólnej wydajności i zmniejszenie zużycia energii.
Zalety Wytwarzania w Niskich Temperaturach i Potencjalne Zastosowania w Nanoelektronice
Obecne technologie nanoelektroniki stawiają niezwykle wysokie wymagania materiałom przewodzącym. Najlepsze kandydujące materiały zazwyczaj muszą posiadać niezwykle precyzyjną strukturę krystaliczną, ale takie materiały często muszą być formowane w bardzo wysokich temperaturach, co utrudnia ich integrację z procesami produkcji chipów na bazie krzemu. Jednak fosforek niobu posiada monokrystaliczną strukturę krystaliczną i może być osadzany w postaci cienkiej warstwy w stosunkowo niskiej temperaturze 400°C, co jest wystarczające, aby uniknąć uszkodzenia chipów krzemowych, czyniąc go bardzo obiecującym materiałem przewodzącym dla nanoelektroniki. Ponadto badania wykazały, że nawet jeśli fosforek niobu nie jest wytwarzany w najbardziej doskonałej strukturze krystalicznej, jego unikalne właściwości kwantowe nadal działają, co dodatkowo obniża próg produkcji i toruje drogę do przyszłych zastosowań.
Przyszły Rozwój i Wyzwania
Chociaż fosforek niobu wykazuje wyjątkowe właściwości przewodzące i zalety w procesach produkcyjnych, w krótkim okresie nadal nie będzie w stanie całkowicie zastąpić miedzi, zwłaszcza w zastosowaniach z grubszymi przewodami i połączeniami metalowymi, gdzie miedź pozostaje najlepszym wyborem. Jednakże pojawienie się fosforku niobu otwiera nowe możliwości dla ultracienkich połączeń i stwarza okazję do eksploracji innych topologicznych materiałów półmetalicznych. Obecnie zespół badawczy kontynuuje badania nad podobnymi materiałami, mając nadzieję na dalsze zwiększenie przewodności i stabilności procesu fosforku niobu.
Ogólnie rzecz biorąc, odkrycie i zastosowanie fosforku niobu zapewnia przełomowe rozwiązanie dla przyszłych, bardziej wydajnych i energooszczędnych technologii chipów i może przynieść rewolucyjne zmiany w rozwoju ultracienkich połączeń metalowych. W miarę pogłębiania się badań, potencjał fosforku niobu i innych topologicznych półmetali będzie odgrywał coraz ważniejszą rolę w przyszłych produktach elektronicznych i przemyśle półprzewodnikowym.
Referencje:
- Fosforek niobu ma lepszą przewodność niż miedź w stanie ultracienkim i może stać się nowym wyborem dla nanoelektroniki
- Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda odkryli nowy materiał do okablowania, który może zastąpić miedź i w przyszłości może zmienić technologię układów scalonych
- Stanford Engineering researchers find materials that conducts better than copper. Eureka. 2025/01/13.
- A new ultrathin conductor for nanoelectronics. Stanford Report. 2025/01/08.
W zakresie szlifowania oferujemy indywidualne dostosowanie. Możemy modyfikować proporcje zgodnie z Twoimi potrzebami, aby osiągnąć najwyższą wydajność.
Zapraszamy do kontaktu, nasi specjaliści odpowiedzą na Twoje pytania.
Jeśli potrzebujesz wyceny, skontaktuj się z nami.
Godziny obsługi klienta: poniedziałek – piątek 09:00-18:00
Numer kontaktowy：07 223 1058
Jeśli masz jakieś pytania, zapraszamy do wysłania wiadomości prywatnej na Facebooku!
Nasza strona na FB：https://www.facebook.com/honwaygroup
Być może zainteresują cię inne artykuły…
[wpb-random-posts]
