Результаты исследований National University of Singapore, Университета Киото, KAIST и UNIST продемонстрировали три подхода к решению различных задач проектирования микросхем: уменьшению изоляторов медных межсоединений, работе транзисторов из карбида кремния при чрезвычайно высоких температурах и повышению стабильности вертикальных транзисторов из оксидов.
Углеродный изолятор, совмещающий две функции
Исследователи из National University of Singapore разработали плёнку из аморфного углерода атомарной толщины для изоляции медных проводников, размеры которых постоянно уменьшаются. Плёнка сохраняла диэлектрическую проницаемость 1,35 при толщине от 0,8 до 2,7 нанометра, а также препятствовала прохождению ионов меди и выдерживала сильные электрические поля.
Плёнку изготовили методом химического осаждения из паровой фазы при температуре ниже 300 градусов Цельсия и выращивали непосредственно на диоксиде кремния, меди и кобальте. Рост происходил равномерно на четырёхдюймовой пластине, включая боковые поверхности и углы вытравленных структур.
При толщине 0,8 нанометра плёнка выдерживала электрическое поле от 28 до 31 мегавольта на сантиметр, прежде чем утратить изолирующие свойства. Значение результата заключается в сочетании изоляции с низким значением k и барьера, препятствующего перемещению меди, в одном слое, что может оставить больше места непосредственно для медной линии. Однако команда планирует совместно с TSMC проверить долгосрочную надёжность, масштабируемость и совместимость с существующими производственными процессами — эти аспекты пока не решены.
Транзисторы SiC для сред с температурой до 600 градусов Цельсия
Исследователи из Университета Киото разработали комплементарные переходные полевые транзисторы из карбида кремния (SiC JFETs) и продемонстрировали их работу при температуре 600 градусов Цельсия.
В конструкции использовался нижний затвор для улучшения управления пороговым напряжением, а также изоляция на основе карманов вместо полуизолирующей подложки, чтобы ограничить ток утечки при высоких температурах. Эта структура снизила утечку до уровня, близкого к теоретическому пределу, ожидаемому для материала SiC.
Результат всё ещё находится на исследовательской стадии: команда намерена разработать более сложные схемы, перейти к производству на уровне пластины и убедиться, что корпус целиком способен выдерживать суровые условия эксплуатации.
Многослойный изолятор для схем вычислений внутри памяти
Исследователи из KAIST и UNIST разработали многослойную изолирующую структуру из нитрида кремния/диоксида кремния/нитрида кремния (SiN/SiO₂/SiN) для повышения характеристик вертикальных транзисторов из оксидов — структуры, возможное применение которой связано с устройствами вычислений внутри памяти.
Структура действует как канал переноса кислорода, помогая стабильно компенсировать кислородные вакансии в полупроводнике на основе оксида и одновременно ограничивая нежелательное окисление электрода. После более чем десяти миллионов циклов испытания электрической нагрузкой изменение порогового напряжения оставалось менее 50 милливольт. Исследователи также смогли интегрировать оксидный полупроводник с традиционной кремниевой технологией CMOS.
Почему эта новость важна?
Все три результата связаны с различными материальными и инженерными ограничениями: плотностью медных межсоединений, утечкой при высоких температурах и нестабильностью вертикальных устройств. Однако они не являются готовыми продуктами или коммерчески подтверждёнными производственными процессами: каждому проекту необходимы дополнительные испытания масштабируемости, надёжности и интеграции с производственными линиями. Поэтому их нынешняя ценность заключается в представлении исследовательских направлений, пригодных для оценки, а не в объявлении немедленного преобразования полупроводниковой отрасли.