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拓撲半金屬?未來的芯片需要比銅更好的材料

作者: 時間:2025-03-28 來源:IEEE 收藏

如果你需要將電子從這里移動到那里,你可以求助于。這種常見元素是一種極好的導體,很容易制成電線和電路板走線。但是,當你變小時,情況就會發(fā)生變化:在納米尺度上真的非常小。相同的顯示出越來越大的電阻,這意味著更多的電信號會因熱量而損失。為更小、更密集的設(shè)備供電可能需要更多的能量,這與您想要的微型電子設(shè)備正好相反。

本文引用地址:http://www.bjwjmy.cn/article/202503/468779.htm

斯坦福大學的研究人員在 Eric Pop 實驗室由 Asir Intisar Khan 領(lǐng)導,一直在試驗一種按比例縮小到約 1.5 納米厚度的新型薄膜。他們發(fā)現(xiàn),隨著這層薄膜變薄,其導電性會增加,這與的行為相反。

他們從藍寶石襯底開始,然后涂上鈮 (Nb) 種子層。他們用這個 Nb 層的不同厚度進行了實驗,從 4 nm 到 1.4 nm。該層有助于磷化鈮 (NbP) 的下一層在通過簡單的濺射工藝沉積時形成多晶膜。他們制造了 1.5 nm 到 80 nm 厚的 NbP 薄膜并對其進行了測試。雖然 NbP 層是非晶態(tài)的,但它也存在于非晶態(tài)基質(zhì)中。重要的是,這些晶體的形成與底層 Nb 種子層的厚度無關(guān)。

所得的 NbP 超薄膜具有非常低的電阻率,隨著薄膜變薄,電阻率會越來越低。NbP 層的厚度約為 1.5 nm,在室溫下的電阻率僅為約 34 微歐姆厘米,大約是較厚薄膜電阻率的六分之一。類似厚度的常規(guī)金屬(如銅)的電阻率約為 100 微歐姆厘米。

薄膜中的低電阻率

研究人員發(fā)現(xiàn),薄膜的低電阻率是由于其表面比大部分材料更具導電性。這種行為就是物理學家所說的“”,它與銅等金屬的行為不同。隨著 NbP 薄膜變薄,中間的材料越來越少,它們的表面?zhèn)鲗У碾娏鞅壤蟆?/p>


A small square with brown patterns is held between the finger and thumb of a white-gloved hand.

納米厚的磷化鈮薄膜在該上的導電性優(yōu)于銅。阿西爾·汗/埃里克·波普

這種發(fā)展對于創(chuàng)建越來越小的數(shù)字電路非常重要。降低晶體管之間連接的電阻率意味著以熱量形式損失的能量更少,這反過來意味著 IC 將更加節(jié)能。

重要的是,這些薄膜可以在 400 攝氏度的相對較低的溫度下沉積,使其與現(xiàn)有的半導體制造工藝兼容。這與其他依賴于單晶材料的實驗性超薄導體形成鮮明對比,這些材料必須在更高的溫度下合成。

然而,商業(yè)化的障礙仍然存在。薄膜層的公差對性能至關(guān)重要。例如,晶種 Nb 層的厚度會影響所得薄膜的電阻率,因為它會影響 NbP 薄膜的質(zhì)量。

令人興奮的是,“NbP 可能只是顯示這種行為的一種新材料,”領(lǐng)導這項研究的斯坦福大學電氣工程教授 Eric Pop 說。已知還有一些其他材料表現(xiàn)出相同的表面?zhèn)鲗?,但隨著層變薄,它們是否也表現(xiàn)出較低的電阻率還有待觀察?!八麄儽仨氉屑殰y試,”他說?!岸摇庇嬎氵M步可能會發(fā)現(xiàn)更多具有類似行為的材料”。



關(guān)鍵詞: 拓撲半金屬 芯片

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