ويتشكل النحاس أيضًا يربط، الأسلاك التي تنقل الكهرباء بين الترانزستورات شبه الموصلة التي تشكل اللبنات الأساسية للرقائق الإلكترونية.
بشكل لا يصدق، يمكن لشريحة حديثة أن تحتوي على أكثر من ذلك 100 كيلومتر (62 ميلاً) في الوصلات النحاسية.
لكن النحاس ربما أصبح غير كاف.
مع استمرار الوصلات النحاسية في الانكماش، فإنها تخنق تدفق الإلكترونات الجسيمات الأساسية متناثرة بشكل متزايد على أسطح الأسلاك.
وهذا ما يسمى تأثير حجم المقاومة. ويحدث ذلك عندما تصبح مساحة السطح أكبر بكثير بالنسبة للحجم، وتؤدي الحفرة المجهرية الناتجة إلى زيادة المقاومة وتأخير الإشارة. وفي الوقت نفسه، فإن ارتفاع كثافات التيار يمكن أن يؤدي أيضًا إلى إتلاف الوصلات البينية وتقليل موثوقيتها.
لكن الآن، أثبت الفيزيائيون تفوق بديل النحاس غير البديهي: مادة نانوية مصنوعة من الكوبالت والسيليكون.
كما هو موضح سابقًا، تعرض المواد شبه المعدنية لسيليكون الكوبالت (CoSi) خاصية مثيرة للاهتمام.
وكلما أصبحت أصغر، زادت مقاومتها الكهربائية يتناقص لأن ميكانيكا الكم يخلق مسارات سطحية عالية التوصيل مع انخفاض تشتت الإلكترون.
الإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في مواد الطبيعة، ابتكر الباحثون “رقاقات نانوية” أحادية البلورة من CoSi بأحجام مختلفة وأظهروا قدرتها العملية على استبدال النحاس.
وهذا يمكن أن يساعد في تجاوز عنق الزجاجة المتزايد، لأن الوصلات البينية تشكل حجمًا كبيرًا وتكلفة كبيرة للدوائر المتكاملة.
وحتى عندما تصبح الترانزستورات أسرع، فإن أدائها الإجمالي يكون محدودًا بسبب التدفق الكهربائي المثبط عبر الوصلات البينية الأصغر حجمًا.
وجد الباحثون أنه من خلال تقليل سمك مكونات CoSi من ميكرومتر واحد (جزء من المليون من المتر، أو 0.00004 من البوصة) إلى حوالي 20 نانومتر (20 جزءًا من المليار من المتر)، انخفضت مقاومة CoSi فعليًا بمقدار أسي.
لذلك، فإن رقاقة CoSi النانوية التي يبلغ سمكها 20 نانومتر تكون أقل مقاومة بعشر مرات التدفق الكهربائي من وصلة نحاسية متساوية السماكة في درجة حرارة الغرفة.
كما أن القدرة على حمل التيار لرقائق CoSi النانوية أكبر 100 مرة من قدرة الوصلات النحاسية، والتي “تتفوق بشكل كبير على قدرة المعادن التقليدية”، كما يقول الباحثون. يقول.
هذه الخصائص تجعل CoSi بديلاً واعدًا للغاية للنحاس. ولكن هل يمكنها حقًا ملء أحذية النحاس اللامعة في تطبيقات التوصيل البيني؟
لمعرفة ذلك، أجرى الباحثون اختبارين أظهرا القيمة العملية لـ CoSi.
أولاً، استخدموا تكوين إشارة أرضية (GSG) لقياس مدى قدرة الوصلة البينية المكونة من CoSi على إرسال الإشارات دون تأخير أو فقدان للطاقة.
أشار اختبار الترددات الراديوية هذا إلى أن وصلات CoSi يمكنها نقل الإشارات بخسارة قليلة تصل إلى 40 جيجا هرتز – نطاقات التردد المستخدمة في أنظمة اتصالات المركبات الفضائية، على سبيل المثال.
اختبر الاختبار الثاني على طراز العالم الحقيقي التوافق المتأصل لوصلات CoSi البينية كموس تكنولوجيا شرائح السيليكون، المنصة التقليدية للرقائق الإلكترونية.
استبدل الباحثون جزءًا من الوصلات المعدنية التقليدية برقائق CoSi النانوية في مذبذب حلقة السيليكون. ينقل هذا الجهاز إشارة كهربائية بين عدد فردي من البوابات المنطقية في حلقة.
وبناءً على ذلك، كان المذبذب قادرًا على العمل بنفس التردد عند استخدام CoSi، مما أدى إلى “تغيير ضئيل في المقاومة الإجمالية لسلك التوصيل البيني”، كما قال الباحثون. ملحوظة.
بشكل عام، “يُظهر اختبار الترددات الراديوية والاختبار على الرقاقة بشكل لا لبس فيه أن CoSi مادة مترابطة ذات إمكانات قابلة للتطوير بدرجة كبيرة”. يضيف.
ويمكن أيضًا أن يتعرض للضرب، حيث أظهرت قياسات أخرى أن CoSi يمكن أن يظل مستقرًا عند كثافات تيار عالية ويتحمل درجات حرارة تصل إلى 450 درجة مئوية (840 درجة فهرنهايت) لمدة 200 ساعة.
متعلق ب: وجد المهندسون طريقة عبقرية لخفض استخدام الطاقة في مراكز البيانات
بشكل عام، أثبتت هذه المادة نفسها كبديل محتمل واعد للنحاس.
“تظهر هذه الدراسات أن CoSi هو بديل متفوق للوصلات النحاسية، ويتفوق عليها من حيث التوصيلية والموثوقية على المستوى النانوي”، كما يقول الباحثون. اختتم.
تم نشر هذا البحث في مواد الطبيعة.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة بيتر دوكريل وتم تحريره بواسطة بيتر دوكريل. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا لاحظت خطأً، يرجى اعلامنا.
