La Technique Neuve Active l'Intégration des Nanotubes de Carbone dans les IC

Published on November 1, 2012 at 7:26 AM

Suivre une méthode neuve pour régler avec précision le dépôt du carbone, les chercheurs ont expliqué une technique pour connecter des nanotubes multi-murés de carbone aux tampons métalliques des circuits intégrés sans résistance élevée de surface adjacente produite par des techniques traditionnelles de fabrication.

L'Image affiche un plan rapproché d'un substrat de silicium contenant un alignement d'électrodes qui a été utilisé dans la recherche de Tech de la Géorgie pour des nanotubes connectants de carbone. (Crédit : Gary Doux)

Basé sur le dépôt poutre-induit d'électron (EBID), on pense que le travail est le premier pour connecter les shell multiples d'un nanotube multi-muré de carbone aux terminaux en métal sur un substrat semi-conducteur, qui est approprié à la fabrication de circuit intégré. Utilisant cette technique en trois dimensions de fabrication, les chercheurs à l'Institut de Technologie de la Géorgie ont développé les nanojoints graphitiques sur les deux fins des nanotubes multi-murés de carbone, qui ont fourni une diminution de 10 fois de la résistivité dans sa connexion aux jonctions en métal.

La technique pourrait faciliter l'intégration des nanotubes de carbone comme interconnecte dans des circuits intégrés de la deuxième génération qui utilisent des composants de silicium et de carbone. La recherche a été supportée par Semiconductor Research Corporation, et dans ses stades précoces, par le National Science Foundation. Le travail a été enregistré en ligne Le 4 octobre 2012, par les Transactions d'IEEE de tourillon sur la Nanotechnologie.

« Pour la première fois, nous avons déterminé des connexions aux shell multiples des nanotubes de carbone avec une technique qui est favorable à l'intégration avec des procédés conventionnels de microfabrication de circuit intégré, » avons dit Andrei Fedorov, un professeur dans l'École d'Aspérule de George W. de l'Industrie Mécanique à la Technologie de la Géorgie « Connectant aux shell multiples nous permet de réduire excessivement la résistance et de déménager au prochain niveau de la performance de dispositif. »

En développant la technique neuve, les chercheurs ont compté sur modéliser pour guider leurs paramètres de processus. Pour la rendre évolutive pour fabriquer, ils ont également travaillé vers des technologies pour isoler et aligner différents nanotubes de carbone entre les terminaux en métal sur un substrat de silicium, et pour examiner les propriétés des structures donnantes droit. Les chercheurs croient que la technique pourrait également être employée pour connecter le graphene multicouche aux contacts en métal, bien que leur recherche publiée se soit jusqu'ici concentrée sur des nanotubes de carbone.

Le procédé de la basse température EBID a lieu dans un système de microscope électronique (SEM) de lecture modifié pour le dépôt matériel. Le puits à dépression du SEM est modifié pour introduire des précurseurs des matériaux que les chercheurs voudraient déposer. Le canon électronique normalement utilisé pour la représentation des nanostructures est au lieu utilisé pour produire des électrons secondaires d'énergie faible quand les électrons primaires de haute énergie empiètent sur le substrat aux emplacements soigneusement choisis. Quand les électrons secondaires agissent l'un sur l'autre avec des molécules de précurseur d'hydrocarbure introduites dans la cavité de SEM, le carbone est déposé dans des emplacements désirés.

Seul au procédé d'EBID, le carbone déposé établit un rapport intense et chimique-métallisé aux fins des nanotubes de carbone, à la différence de la surface adjacente matérielle faible-accouplée effectuée dans des techniques traditionnelles basées sur l'évaporation en métal. Avant le dépôt, les fins des nanotubes sont ouvertes utilisant un procédé gravure, ainsi le carbone déposé se développe dans l'extrémité ouverte du nanotube pour connecter électroniquement les shell multiples. Adoucissement Thermique du carbone après le dépôt le convertit en forme graphitique cristalline qui améliore de manière significative la conductivité électrique.

« Atome-par-Atome, nous pouvons établir la connexion où le faisceau d'électrons heurte proche droit l'extrémité ouverte des nanotubes de carbone, » Fedorov avons expliqué. « Les tarifs du dépôt les plus élevés se produisent où la concentration du précurseur est élevée et il y a beaucoup d'électrons secondaires. Ceci fournit à un nanoscale sculptant l'outil le contrôle en trois dimensions pour connecter les extrémités ouvertes des nanotubes de carbone sur n'importe quel substrat désiré. »

les nanotubes Multi-Murés de carbone offrent la promesse d'un débit plus élevé d'accouchement de l'information pour certain interconnecte utilisé dans des appareils électroniques. Les Chercheurs ont envisagé une génération future de dispositifs hybrides basés sur les circuits intégrés traditionnels mais l'utilisation interconnecte basé sur des nanotubes de carbone.

Jusqu'ici, cependant, la résistance aux connexions entre les structures de carbone et l'électronique conventionnelle de silicium a été trop élevée pour rendre les dispositifs pratiques.

« Le défi important dans ce domaine est d'établir un rapport pas simplement à une shell unique d'un nanotube de carbone, » a dit Fedorov. « Si seulement la paroi externe d'un nanotube de carbone est connectée, vous réellement ne gagnez pas beaucoup parce que la majeure partie du canal de transmission est peu employée ou non employée du tout. »

La technique développée par Fedorov et ses collaborateurs produit la résistivité de baisse record à la connexion entre le nanotube de carbone et le tampon en métal. Les chercheurs ont mesuré la résistance aussi bas qu'approximativement 100 Ohms - un facteur de dix inférieurs au meilleur qui avait été mesuré avec d'autres techniques de connexion.

« Cette technique nous donne beaucoup d'opportunités neuves d'aller vers l'avant de pair avec intégrer ces nanostructures de carbone dans les dispositifs conventionnels, » il a dit. « Puisque c'est carbone, cette surface adjacente a un avantage parce que ses propriétés sont assimilées à ceux des nanotubes de carbone auxquels elles fournissent une connexion. »

Les chercheurs ne connaissent pas exact lesquelles des shell de nanotube de carbone sont connectées, mais basé sur des mesures de résistance, ils croient qu'au moins 10 des approximativement 30 shell de conduite contribuent à la conduction électrique.

Cependant, traiter des nanotubes de carbone lance un défi important à leur utilisation comme interconnecte. Une Fois formés par la technique d'arc électrique, par exemple, des nanotubes de carbone sont produits comme embrouillement des structures avec des longueurs variables et des propriétés, certains avec les défauts mécaniques. Des Techniques ont été développées pour séparer à l'extérieur des nanotubes uniques, et pour ouvrir leurs extrémités.

Fedorov et ses étudiants de troisième cycle de collaborateur - actuel et anciens Songkil Kim, Dhaval Kulkarni, Konrad Rykaczewski et Mathias Henry, avec professeur Vladimir Tsukruk de Tech de la Géorgie - ont développé une méthode pour aligner les nanotubes multi-murés en travers des contacts électroniques utilisant les champs électriques orientés en combination avec un descripteur de substrat produit par la lithographie de faisceau d'électrons. Le procédé a un rendement sensiblement amélioré de nanotubes correctement alignés de carbone, avec un potentiel pour l'évolutivité au-dessus d'une grande zone de puce.

Une Fois Que les nanotubes sont mis dans leurs positions, le carbone est déposé utilisant le procédé d'EBID, suivi de la graphitisation. La transformation de phase dans la surface adjacente de carbone est surveillée utilisant la spectroscopie de Raman pour s'assurer que le matériau est transformé dans sa condition optimale de graphite de nanocrystalline.

« Seulement en effectuant des avances dans chacune de ces zones pouvons nous réaliser ce progrès technique, qui est une technologie de activation pour le nanoelectronics basé sur des matériaux de carbone, » il avons dit. « C'est réellement une phase critique pour effectuer beaucoup de différents genres des dispositifs utilisant les nanotubes ou le graphene de carbone. »

Avant Que la technique neuve puisse être utilisée à grande échelle, les chercheurs devront améliorer leur technique pour aligner des nanotubes de carbone et développer des systèmes d'EBID capables déposer des connecteurs sur les dispositifs multiples simultanément. Les Avances dans des systèmes parallèles de faisceau d'électrons peuvent fournir une voie de fabriquer en série les connexions, Fedorov a dit.

« Une quantité importante de travail reste à effectuer dans cette zone, mais nous croyons que c'est possible si l'industrie devient intéressée, » il a noté. « Il y a des applications où intégrant des nanotubes de carbone dans des circuits pourrait être très attrayant. »

Source : http://gtresearchnews.gatech.edu

Last Update: 1. November 2012 13:42

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit