近年來(lái)，摩爾定律的發(fā)展方向似乎遇到了一些瓶頸。按照此前的預(yù)期，集成電路的晶體管數(shù)量有望每隔一段時(shí)間翻番。但現(xiàn)實(shí)是，隨著制程的不斷演進(jìn)，熱管理已成為了芯片突破的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。好消息是，弗吉尼亞大學(xué)工程學(xué)院和西北大學(xué)的研究人員們，剛剛打造了一種基于新型聚合物的電路絕緣材料，特點(diǎn)是能夠在較小的空間內(nèi)達(dá)成更高的功率。
COF-5 介電層阻抗測(cè)量(圖自：Nature Materials)
據(jù)悉，由弗吉尼亞大學(xué)機(jī)械與航空工程學(xué)系教授 Patrick E. Hopkins 和西北大學(xué)化學(xué)系教授 Will Dichtel 帶領(lǐng)的這支多學(xué)科研究小組，正在發(fā)明一種有望隨著尺寸的不斷縮小而保持芯片不發(fā)高燒的新型材料。
在今日發(fā)表于《自然材料》期刊的一篇文章中，他們隆重介紹了一種將電串?dāng)_做到最小化的電絕緣材料，且其具有超低的介電常數(shù)(ultra-low-k)。
該材料能夠通過(guò)控制電流以消除信號(hào)串?dāng)_，使得電子產(chǎn)品能夠進(jìn)一步突破當(dāng)前的性能極限。理想情況下，它還能夠?qū)㈦娏饕鸬挠泻崃繌碾娐分袔ё摺?/p>
隨著芯片制程不斷變小和晶體管密度的不斷提升，發(fā)熱造成的困擾也在成倍增長(zhǎng)。為此，Patrick E. Hopkins 教授決定尋找一種超低介電常數(shù)的新材料。
盡管此前已經(jīng)相關(guān)領(lǐng)域探索了很長(zhǎng)一段時(shí)間，但除非通過(guò)機(jī)械工程、化學(xué)、材料科學(xué)、電氣工程等多學(xué)科的集思廣益，這個(gè)目標(biāo)還是很難單獨(dú)達(dá)成的。
SCITechDaily 指出，Patrick E. Hopkins 教授是該校多功能材料集成計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)者之一，并且匯聚了來(lái)自多個(gè)工程學(xué)科的研究人員，以配制出這種具有優(yōu)異特性的新材料。
研究一作 Ashutosh Giri 表示，化學(xué)團(tuán)隊(duì)意識(shí)到了材料的熱特性，接著從更多的維度去探索，而機(jī)械與材料團(tuán)隊(duì)可以從分子工程水平上去作深入了解。
Will Dichtel 教授補(bǔ)充道，他們正在打造只有一個(gè)原子那么厚(簡(jiǎn)稱(chēng) 2D)的聚合物薄板，并通過(guò)在特定的體系結(jié)構(gòu)中對(duì)其進(jìn)行分層，以控制它們的性能。
通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)高質(zhì)量 2D 聚合物薄膜的方法，研究團(tuán)隊(duì)正在積極應(yīng)用這種新型材料，以滿(mǎn)足在致密芯片上讓晶體管規(guī)模更加密集的小型化要求。
展望未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)有望在半導(dǎo)體(芯片制造)行業(yè)發(fā)揮巨大的潛力，因其不僅具有超低介電常數(shù)、又具有超高的傳熱性能。
感興趣的朋友，可移步至《Nature Materials》查看全文，原標(biāo)題為《Thermally conductive ultra-low-k dielectric layers based on two-dimensional covalent organic frameworks》。
