Bornitrid erhöht Lebensdauer von Schaltkreisen

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

Hexagonal angeordnete Bornitridmoleküle zum Schutz (Grafik: CCO Public Domain)

Tampa (pte003/04.06.2021/06:10)

Elektromigration kann die Funktion elektronischer Schaltkreise verschlechtern, im schlimmsten Fall sogar zerstören. Forscher der University of South Florida https://www.usf.edu/ in Tampa haben jetzt ein Verfahren entwickelt, mit dem sich der gefürchtete Effekt verhindern lässt, die vor allem Schaltungen schützt, deren Strukturen im Nanometerbereich liegen. Michael Cai Wang, Assistenzprofessor für Maschinenbau, 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. Das isolierende Material verhindert, wie andere Techniken auch, die Zerstörung der Schaltkreise, benötigt aber keinen zusätzlichen Platz auf dem Wafer, der damit mehr Platz für Transistoren bietet.

[b]Elektronen jagen Ionen durch Leiterbahnen[/b]

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 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.

[b]Lebensdauer steigt um 2500 Prozent[/b]

„Mit unserem Verfahren erreicht man nicht nur eine Verbesserung von Halbleitern und integrierten Schaltungen, sondern ermöglicht auch eine weitere Verkleinerung der Strukturen", sagt Wang. So könne die Halbleiterindustrie möglicherweise 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 2500 Prozent und lasse eine um mehr als 20 Prozent höhere Stromdichte zu.

[b]Bedarf steigt durch Elektroautos[/b]

„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."

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