211service.com
Zelfmontage om snellere chips te maken
De zelfassemblage van structuren op nanoschaal, waarin moleculen zichzelf op een precieze manier rangschikken volgens fundamentele natuurwetten, is al lang een droom van chipontwerpers. Dat komt omdat het veel goedkoper zou kunnen zijn om ultrakleine precieze functies te maken met zelfassemblage dan met bestaande technieken voor het maken van chips. Nu hebben IBM-onderzoekers een stap gezet in de richting van het gebruik van zelfassemblage bij het maken van toekomstige microprocessors.
Chips die zichzelf maken: Deze dwarsdoorsnede van de microprocessor toont een lege ruimte tussen de koperen bedrading van de chip. Draden zijn meestal geïsoleerd met een glasachtig materiaal, maar IBM heeft zelfassemblagetechnieken gebruikt, die kunnen worden gebruikt in faciliteiten voor het maken van chips, om luchtspleten te creëren die de draden isoleren.
Het bedrijf heeft een nieuw proces aangekondigd dat gebruikmaakt van zelfassemblagetechnieken om luchtspleten te creëren die draden in microprocessors isoleren. Vroege resultaten tonen aan dat deze luchtspleetisolatoren de snelheid van een chip met 35 procent kunnen verhogen of deze 15 procent minder stroom kunnen laten verbruiken dan chips zonder de luchtspleetisolator. Het bedrijf verwacht dat het nieuwe proces tegen 2009 in halfgeleiderfaciliteiten zal worden geïmplementeerd.
De nieuwe zelfassemblagebenadering luidt het tijdperk van nanotechnologie in voor het maken van chips, zegt Daniel Edelstein , IBM-collega en hoofdwetenschapper voor het zelfassemblage-air-gap-project. Belangrijk, zegt Edelstein, is dat het proces van IBM is ontworpen om compatibel te zijn met de huidige productiefaciliteiten en materialen.
Een van de knelpunten in de ontwikkeling van de huidige chips is de koperen bedrading die gegevens tussen transistoren en uit de chip doorgeeft. Naarmate chips krimpen, moeten deze draden, die ongeveer 70 nanometer breed zijn, dichter bij elkaar worden gefabriceerd. Hoe dichter de draden zich echter bij elkaar bevinden, hoe groter de kans dat hun elektrische stromen met elkaar interfereren, energie ondermijnen en de gegevensstroom vertragen. Isolatie kan helpen, maar het isolatiemateriaal van vandaag – glas – zal niet goed genoeg zijn voor toekomstige generaties chips. Ingenieurs weten dat lucht een betere isolator is en ze hebben manieren ontwikkeld om luchtspleten te creëren die klein genoeg zijn - ongeveer 35 nanometer in diameter - om te werken. Maar de huidige state-of-the-art productieapparatuur kan niet op betrouwbare wijze zulke kleine luchtspleten produceren.
Dus in plaats daarvan gebruikten IBM-onderzoekers een nieuw type polymeer om hen te helpen de luchtgaten te creëren. Het polymeer wordt gegoten op koperdraden die zijn ingebed in een isolerend materiaal. Wanneer het polymeer wordt verwarmd, trekken de moleculen van elkaar weg om een regelmatige reeks gaten op nanoschaal te vormen. Deze gaten worden gebruikt als sjabloon om holle kolommen te etsen in het isolatiemateriaal dat de draden omringt. Ingenieurs pompen vervolgens plasma, een elektrisch geladen gas, door de gaten om het resterende isolatiemateriaal weg te blazen. Een snelle chemische spoeling laat duidelijke luchtopeningen achter aan weerszijden van de koperdraden.
Ik denk dat deze specifieke demonstratie heel bemoedigend is voor andere mensen die aan zelfassemblage werken, omdat ze zien dat dit steeds reëler wordt en in de richting van meer industriële implementatie gaat, zegt Babak Amir Parviz , hoogleraar elektrotechniek aan de Universiteit van Washington in Seattle.
IBM's Edelstein zegt dat, omdat het nieuwe proces fabricagestappen toevoegt aan het algehele proces voor het maken van chips, er een lichte stijging van de kosten zal zijn. Er zitten 10 lagen bedrading in een chip en hij schat dat de kosten met 1 procent per laag zullen stijgen. Sommige chips, zegt Edelstein, zouden worden gebouwd met een enkele laag luchtspleten, terwijl andere er misschien vier of meer hebben, afhankelijk van de behoefte van de klant. IBM is van plan de technologie in licentie te geven aan zijn onderzoekspartners, waaronder Advanced Micro Devices, Sony, Toshiba en Freescale Semiconductor.