Революція в мікроелектроніці. Новий наноматеріал виробляє електроенергію ефективніше зі зменшенням розмірів

Сучасна мікроелектроніка та енергетична інфраструктура критично залежать від міді, що використовується для створення мікроскопічних з’єднувальних провідників усередині напівпровідникових чипів. У найсучасніших процесорах загальна довжина таких мідних доріжок може перевищувати 100 кілометрів. Однак із подальшим зменшенням розмірів транзисторів мідь стикається з фундаментальним фізичним обмеженням: у надто тонких провідниках електрони починають масово розсіюватися на поверхні стінок, через що електричний опір різко зростає, знижуючи загальну продуктивність усієї системи.

Рішенням цієї проблеми може стати інноваційний підхід, описаний у науковому журналі Nature Materials. Група фізиків продемонструвала, що напівметалеві наноструктури силіциду кобальту мають унікальну квантово-механічну особливість: зі зменшенням їхньої товщини електричний опір не зростає, а, навпаки, суттєво знижується завдяки утворенню високопровідних поверхневих шляхів.

Виявилося, що при зменшенні товщини компонентів з одного мікрометра до 20 нанометрів питомий електричний опір силіциду кобальту зменшується на порядок.

Іншими словами, наночастинка речовини завтовшки 20 нм чинить у десять разів менший опір потоку електронів, ніж традиційний мідний шар такої самої товщини за кімнатної температури. Крім того, пропускна здатність щодо струму в таких наноструктурах у 100 разів вища, ніж у звичайних металів.

Для перевірки практичної придатності матеріалу вчені провели радіочастотні випробування, які продемонстрували здатність силіциду кобальту передавати сигнали без помітних затримок чи втрат енергії на частотах до 40 ГГц.

Додаткові випробування в складі кремнієвого кільцевого генератора, що імітували реальні умови роботи звичайних CMOS-чипів, підтвердили стабільність і сумісність нових міжз'єднань. Матеріал продемонстрував виняткову термостійкість, витримуючи нагрівання до 450 °C протягом 200 годин без втрати робочих характеристик.

На думку вчених, кобальт-кремній є чудовою альтернативою міді, здатною вивести майбутні покоління електронних мікросхем на цілком новий рівень продуктивності.