211service.com
Självmontering för att göra snabbare chips
Självmontering av strukturer i nanoskala, där molekyler ordnar sig på exakta sätt enligt fysikens grundläggande lagar, har länge varit en dröm för chipdesigners. Det beror på att det kan vara mycket billigare att göra ultrasmå exakta funktioner med självmontering än med befintliga spåntillverkningstekniker. Nu har IBM-forskare tagit ett steg mot att använda självmontering för att göra framtida mikroprocessorer.
Chips som gör sig själva: Detta mikroprocessortvärsnitt visar tomt utrymme mellan chipets kopparledningar. Ledningar är vanligtvis isolerade med ett glasliknande material, men IBM har använt självmonteringstekniker, som kan användas i spåntillverkningsanläggningar, för att skapa luftspalter som isolerar ledningarna.
Företaget har tillkännagett en ny process som använder självmonteringstekniker för att skapa luftgap som isolerar ledningar i mikroprocessorer. Tidiga resultat visar att dessa luftgapsisolatorer kan öka hastigheten på ett chip med 35 procent eller låta det förbruka 15 procent mindre ström än chip utan luftgapsisolatorn. Företaget förväntar sig att den nya processen kommer att implementeras i halvledaranläggningar 2009.
Den nya metoden för självmontering inleder chiptillverkningen en era av nanoteknik, säger Daniel Edelstein , IBM-stipendiat och chefsforskare för självmonterande luftgap-projektet. Viktigt, säger Edelstein, är IBMs process utformad för att vara kompatibel med nuvarande tillverkningsanläggningar och material.
En av flaskhalsarna i utvecklingen av dagens chips är kopparledningarna som skickar data mellan transistorer och ut ur chipset. När spånen krymper måste dessa trådar, som är cirka 70 nanometer breda, tillverkas närmare varandra. Men ju närmare kablarna är varandra, desto mer sannolikt är det att deras elektriska strömmar stör varandra, minskar energi och saktar ner dataflödet. Isolering kan hjälpa, men dagens isoleringsmaterial – glas – kommer inte att vara tillräckligt bra för framtida generationer av spån. Ingenjörer vet att luft är en bättre isolator, och de har arbetat med att utveckla sätt att skapa luftgap som är tillräckligt små – cirka 35 nanometer i diameter – för att fungera. Men den nuvarande toppmoderna tillverkningsutrustningen kan inte på ett tillförlitligt sätt producera så små luftspalter.
Så istället använde IBM-forskare en ny typ av polymer för att hjälpa dem att skapa luftspalterna. Polymeren hälls på koppartrådar som är inbäddade i ett isolerande material. När polymeren värms upp dras molekylerna bort från varandra för att bilda en regelbunden samling av hål i nanoskala. Dessa hål används som mall för att etsa in ihåliga pelare i det isolerande materialet som omger ledningarna. Ingenjörer pumpar sedan plasma, en elektriskt laddad gas, genom hålen för att spränga bort det återstående isoleringsmaterialet. En snabb kemisk sköljning lämnar efter sig tydliga luckor av luft på vardera sidan av koppartrådarna.
Jag tror att just den här demonstrationen är mycket uppmuntrande för andra människor som arbetar med självmontering eftersom de ser att detta blir mer och mer verkligt och går mot en mer industriell implementering, säger Babak Amir Parviz , professor i elektroteknik vid University of Washington, i Seattle.
IBMs Edelstein säger att eftersom den nya processen lägger till tillverkningssteg till den övergripande chiptillverkningsprocessen kommer det att bli en liten kostnadsökning. Det finns 10 lager av ledningar i ett chip, och han uppskattar att kostnaden kommer att öka med 1 procent per lager. Vissa chips, säger Edelstein, skulle byggas med ett enda lager luftgap, medan andra kan ha fyra eller fler, beroende på kundens behov. IBM planerar att licensiera tekniken till sina forskningspartner, som inkluderar Advanced Micro Devices, Sony, Toshiba och Freescale Semiconductor.