研究人员通过探索一种新的材料类来跟上摩尔定

集成电路领域的进步是由匹配、超过或落后于英特尔前首席执行官和联合创始人戈登·摩尔提出的速度来衡量的。摩尔曾说，每个集成电路的电子元件或晶体管数量每年将翻一番。这是50多年前的事了，令人惊讶的是，他的预测--现在被称为摩尔定律--成真了。

近年来，人们认为这一步伐已经放缓;在更小的芯片上安装更多电路和电源的最大挑战之一是散热。

一个多学科小组,包括帕特里克·e·霍普金斯教授弗吉尼亚大学的机械和航空航天工程部门,并将Dichtel,西北大学化学系教授,是发明一种新的材料有可能保持芯片冷却时收缩大小和帮助摩尔定律仍然是真实的。他们的研究成果最近发表在《自然材料》杂志上。

能减少芯片中电串扰的绝缘材料被称为“低k”介质。这种材料类型是沉默的英雄，通过控制电流来消除信号侵蚀和干扰，使所有电子产品成为可能;理想情况下，它还能将电流引起的破坏性热量从电路中吸走。随着芯片体积的减小，热量问题会呈指数级增长，因为不仅在一个给定区域有更多的晶体管，在同一区域产生更多的热量，而且晶体管之间的距离更近，使得热量难以散发。

霍普金斯说:“科学家们一直在寻找一种低k介电材料，它可以处理小尺度上固有的传热和空间问题。”“尽管我们已经走了很长一段路，但除非我们将各个学科结合起来，否则不会有新的突破。在这个项目中，我们运用了几个领域的研究和原理--机械工程、化学、材料科学、电气工程--来解决一个我们自己都无法解决的难题。”

霍普金斯大学是UVA工程多功能材料集成项目的领导者之一，该项目汇集了来自多个工程学科的研究人员，以制定具有广泛功能的材料。

“通过别人在不同领域的视角来看待‘我'的问题不仅令人着迷，它还激发了最终带来进步的想法。”我想我们都有过这样的经历，”Ashutosh Giri说，他是前弗吉尼亚大学工程高级科学家，霍普金斯实验室的博士生，《自然材料》论文的共同第一作者，罗德岛大学机械、工业和系统工程助理教授。

Giri说:“这个项目的核心是当化学团队意识到他们材料的热功能，理解他们工作的一个新的维度，当机械和材料团队理解化学可能实现的分子工程水平。”

迪克特尔说:“我们将只有一个原子厚度的聚合物薄片--我们称之为2d--通过将薄片分层成特定的结构来控制它们的性质。”

“我们努力改进生产高质量二维聚合物薄膜的方法，使这项合作工作成为可能。”

迪克特尔说，研究小组正在应用这种新型材料，试图满足高密度芯片上晶体管小型化的要求。

“这在制造芯片的半导体行业有着巨大的应用潜力。这种材料具有低导电性(即低k)和高传热能力，”他说。

最近，国际半导体路线图确定了这种性能组合是下一代集成电路的先决条件。

“在这个项目中，我们关注的是这种新型材料的热性能，这非常棒，但更令人兴奋的是，我们只是触及了表面，”西北大学Dichtel实验室的博士生、《自然材料》论文的第一作者奥斯汀·埃文斯(Austin Evans)说。“开发具有独特性能组合的新型材料具有惊人的技术潜力。

“我们已经在探索这种新型材料的多种应用，比如化学传感。我们可以用这些材料来确定--“感知”--什么是化学物质，以及空气中这些化学物质的含量。这具有广泛的影响。例如，通过了解空气中的化学物质，我们可以优化食物的储存、运输和分配，从而减少全球食物浪费。随着我们继续探索，我们很可能会发现这些新材料更多独特的特性，”埃文斯说。

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0319/547.html