ไนโอเบียมฟอสไฟด์ท้าทายสายทองแดง: วัสดุใหม่สำหรับวงจรบางพิเศษอาจเปลี่ยนโฉมเทคโนโลยีชิป

เมื่อเทคโนโลยีชิปพัฒนาไปในทิศทางที่เล็กลงและซับซ้อนมากขึ้น สายโลหะขนาดเล็กพิเศษที่ใช้ในการส่งสัญญาณจึงกลายเป็นปัญหาคอขวดที่สำคัญ โดยสายทองแดงแบบดั้งเดิมเมื่อมีขนาดลดลงถึงระดับนาโน จะมีความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้ค่าการนำไฟฟ้าลดลง ประสิทธิภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ลดลง และมีการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น ล่าสุด ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้ตีพิมพ์งานวิจัยลงในวารสาร Science เมื่อวันที่ 3 มกราคม ยืนยันว่า “ไนโอเบียมฟอสไฟด์” (Niobium Phosphide, NbP) เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าเหนือกว่าสายทองแดง แม้จะอยู่ในรูปฟิล์มที่บางเพียงไม่กี่อะตอม อีกทั้งยังสามารถผลิตได้ในอุณหภูมิต่ำ และเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตชิปในปัจจุบัน ความก้าวหน้านี้มีศักยภาพในการผลักดันการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและประหยัดพลังงานมากยิ่งขึ้น

ไนโอเบียมฟอสไฟด์ชนิดบางพิเศษมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าดีกว่าทองแดง

งานวิจัยแสดงให้เห็นว่า เมื่อความหนาของเส้นลวดโลหะลดลงต่ำกว่า 50 นาโนเมตร สมบัตินำไฟฟ้าของโลหะแบบดั้งเดิมอย่างทองแดงจะลดลงอย่างมาก สาเหตุหลักมาจากการกระเจิง (scattering) ของอิเล็กตรอนกับพื้นผิวของเส้นลวดระหว่างการส่งผ่าน ทำให้พลังงานสูญเสียไปในรูปของความร้อน อย่างไรก็ตาม ไนโอเบียมฟอสไฟด์ (Niobium Phosphide) จัดอยู่ในกลุ่มวัสดุเซมิมีทัลชนิดทอพอโลยี (topological semimetal) ซึ่งโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุกลุ่มนี้มีคุณสมบัติควอนตัมเฉพาะตัว ทำให้ทั้งวัสดุนำไฟฟ้าได้ดี โดยเฉพาะที่ผิวซึ่งมีสมบัตินำไฟฟ้าสูงกว่าภายใน ดังนั้น เมื่อฟิล์มบางของไนโอเบียมฟอสไฟด์มีความบางมาก สมบัตินำไฟฟ้าก็ยังคงยอดเยี่ยม แม้ที่อุณหภูมิห้องและมีความหนาน้อยกว่า 5 นาโนเมตร ก็ยังนำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดง

อาจารย์ Asir Intisar Khan หนึ่งในผู้เขียนงานวิจัยระบุว่า การก้าวข้ามข้อจำกัดทางเทคนิคของสายทองแดงแบบดั้งเดิม ด้วยการใช้ไนโอเบียมฟอสไฟด์เป็นตัวนำไฟฟ้าสำหรับเส้นลวดโลหะขนาดจิ๋ว ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความเร็วในการส่งสัญญาณเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานของชิปอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ ที่มีชิปหลายหมื่นหลายแสนตัว หากสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้เพียงเล็กน้อย ก็จะส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมเพิ่มขึ้นอย่างมหาศาล และสามารถลดการใช้พลังงานได้อีกด้วย

ข้อได้เปรียบในการผลิตที่อุณหภูมิต่ำและศักยภาพในการประยุกต์ใช้ในนาโนอิเล็กทรอนิกส์

เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์นาโนในปัจจุบันมีความต้องการวัสดุนำไฟฟ้าที่มีข้อกำหนดสูง วัสดุที่ดีที่สุดมักจะต้องมีโครงสร้างผลึกที่แม่นยำอย่างมาก แต่วัสดุประเภทนี้มักจะต้องผลิตในอุณหภูมิสูงมาก ซึ่งทำให้ยากที่จะรวมเข้ากับกระบวนการผลิตชิปซิลิคอน อย่างไรก็ตาม ไนโอเบียมฟอสไฟด์ (NbP) มีโครงสร้างผลึกเดี่ยวและสามารถตกตะกอนเป็นฟิล์มบางได้ที่อุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำเพียง 400°C ซึ่งเพียงพอที่จะหลีกเลี่ยงการทำลายชิปซิลิคอน ทำให้มันกลายเป็นวัสดุนำไฟฟ้าที่มีศักยภาพสูงในเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์นาโน นอกจากนี้ การวิจัยยังพบว่าแม้ว่าไนโอเบียมฟอสไฟด์จะไม่ได้ผลิตจากโครงสร้างผลึกที่สมบูรณ์แบบที่สุด แต่คุณสมบัติทางควอนตัมที่เป็นเอกลักษณ์ยังคงทำงานได้ ซึ่งช่วยลดอุปสรรคในการผลิตและเปิดทางไปสู่การใช้งานในอนาคต

การพัฒนาและความท้าทายในอนาคต

ถึงแม้ว่าไนโอเบียมฟอสไฟด์จะมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมและข้อได้เปรียบในกระบวนการผลิต แต่ในระยะสั้นยังไม่สามารถแทนที่ทองแดงได้โดยสมบูรณ์ โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันของสายไฟที่หนาและสายเคเบิลโลหะ ทองแดงยังคงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม การเกิดขึ้นของไนโอเบียมฟอสไฟด์เปิดโอกาสใหม่สำหรับการเชื่อมต่อที่บางพิเศษและสร้างโอกาสในการสำรวจวัสดุอื่นๆ ที่เป็นทอพอโลยีเซมิเมทัล (Topological Semimetal) ทีมวิจัยในปัจจุบันกำลังศึกษาวัสดุที่คล้ายคลึงกันเพื่อพัฒนาเพิ่มประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าและความเสถียรของกระบวนการผลิตไนโอเบียมฟอสไฟด์

โดยรวมแล้ว การค้นพบและการประยุกต์ใช้ไนโอเบียมฟอสไฟด์ (Niobium Phosphide) เป็นทางออกที่สำคัญสำหรับเทคโนโลยีชิปที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและประหยัดพลังงานมากขึ้น และอาจนำมาซึ่งการปฏิวัติในวงการสายโลหะบางพิเศษ ด้วยการวิจัยที่ดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง ศักยภาพของไนโอเบียมฟอสไฟด์และวัสดุทอพอโลยีเซมิเมทัลอื่นๆ จะมีบทบาทที่สำคัญยิ่งขึ้นในอนาคตในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

อ้างอิง:

• ฟอสไฟด์ไนโอเบียม (Niobium Phosphide) ในสถานะบางพิเศษมีความสามารถในการนำไฟฟ้าดีกว่าทองแดง อาจกลายเป็นทางเลือกใหม่สำหรับอิเล็กทรอนิกส์นาโน
• นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดค้นพบวัสดุใหม่สำหรับการเดินสายที่สามารถแทนที่ทองแดง ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยีชิปในอนาคต
• 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.

สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ

หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา

เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.

โทร : 07 223 1058

หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~

เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup

คุณอาจสนใจ…