Les chercheurs aident à suivre le rythme de la loi de Moore en explorant une nouvelle classe de matériaux – Technoguide

Les progrès dans le domaine des circuits intégrés sont mesurés en faisant correspondre, dépasser ou prendre du retard par rapport au taux indiqué par Gordon Moore, ancien PDG et cofondateur d’Intel, qui a déclaré que le nombre de composants électroniques, ou transistors, par circuit intégré doublerait chaque année. C’était il y a plus de 50 ans, et étonnamment, sa prédiction, maintenant appelée loi de Moore, s’est réalisée.

Ces dernières années, on pensait que le rythme avait ralenti; L’un des plus grands défis de l’installation de plus de circuits et de puissance sur une puce plus petite est la gestion de la chaleur.

Un groupe multidisciplinaire qui comprend Patrick E. Hopkins, professeur au département de génie mécanique et aérospatial de l’Université de Virginie, et Will Dichtel, professeur au département de chimie de l’Université Northwestern, invente une nouvelle classe de matériaux ayant le potentiel de conserver des puces. cool car ils continuent de rétrécir – et pour aider la loi de Moore à rester vraie. Leur travail a été récemment publié dans Nature Materials.

Les matériaux d’isolation électrique qui minimisent la diaphonie électrique dans les puces sont appelés diélectriques «low-k». Ce type de matériau est le héros silencieux qui rend possible toute l’électronique en orientant le courant pour éliminer l’érosion et les interférences du signal; idéalement, il peut également éloigner la chaleur dommageable causée par le courant électrique des circuits. Le problème de chaleur devient exponentiel à mesure que la puce devient plus petite car non seulement il y a plus de transistors dans une zone donnée, ce qui produit plus de chaleur dans cette même zone, mais ils sont plus proches les uns des autres, ce qui rend plus difficile la dissipation de la chaleur.

«Les scientifiques sont à la recherche d’un matériau diélectrique à faible k qui peut gérer les problèmes de transfert de chaleur et d’espace inhérents à des échelles beaucoup plus petites», a déclaré Hopkins. «Bien que nous ayons parcouru un long chemin, de nouvelles percées ne se produiront tout simplement pas si nous ne combinons pas les disciplines. Pour ce projet, nous avons utilisé la recherche et les principes de plusieurs domaines – génie mécanique, chimie, science des matériaux, génie électrique – pour résoudre un problème vraiment difficile qu’aucun de nous ne pourrait résoudre seul. “

Hopkins est l’un des leaders de l’initiative d’intégration de matériaux multifonctionnels d’UVA Engineering, qui rassemble des chercheurs de plusieurs disciplines d’ingénierie pour formuler des matériaux avec un large éventail de fonctionnalités.

«Voir« mon »problème à travers la lentille de quelqu’un d’autre dans un domaine différent n’était pas seulement fascinant, cela a également suscité des idées qui ont finalement amené des progrès. Je pense que nous avons tous eu cette expérience», a déclaré Ashutosh Giri, ancien scientifique senior en ingénierie UVA et Ph. RÉ. étudiant dans le laboratoire de Hopkins, co-premier auteur de l’article Nature Materials et professeur assistant en génie mécanique, industriel et des systèmes à l’Université de Rhode Island.

«Le cœur du projet était lorsque l’équipe chimique a réalisé la fonctionnalité thermique de son matériau, en comprenant une nouvelle dimension de son travail, et lorsque l’équipe mécanique et matériaux a compris le niveau d’ingénierie moléculaire possible avec la chimie», a déclaré Giri.

“Nous prenons des feuilles de polymère qui n’ont qu’un seul atome d’épaisseur – nous appelons cela 2D – et contrôlons leurs propriétés en superposant les feuilles dans une architecture spécifique”, a déclaré Dichtel.

“Nos efforts pour améliorer les méthodes de production de films polymères 2D de haute qualité ont permis ce travail collaboratif.”

L’équipe applique cette nouvelle classe de matériaux pour essayer de répondre aux exigences de la miniaturisation des transistors sur une puce dense, a déclaré Dichtel.

«Cela a un énorme potentiel d’utilisation dans l’industrie des semi-conducteurs, l’industrie qui fabrique des puces. Le matériau a à la fois une faible conductivité électrique, ou« low-k », et une capacité de transfert de chaleur élevée», a-t-il déclaré.

Cette combinaison de propriétés a été récemment identifiée par la Feuille de route internationale pour les semi-conducteurs comme une condition préalable aux circuits intégrés de nouvelle génération.

«Pour ce projet, nous nous concentrons sur les propriétés thermiques de cette nouvelle classe de matériaux, ce qui est fantastique, mais ce qui est encore plus excitant, c’est que nous ne faisons qu’effleurer la surface», a déclaré Austin Evans, titulaire d’un doctorat. étudiant dans le laboratoire de Dichtel à Northwestern et premier co-auteur de l’article Nature Materials. «Le développement de nouvelles classes de matériaux avec des combinaisons uniques de propriétés présente un potentiel technologique incroyable.

«Nous explorons déjà cette nouvelle classe de matériaux pour de nombreuses applications, par exemple la détection chimique. Nous pouvons utiliser ces matériaux pour déterminer -« sentir »- quels produits chimiques et quelle quantité de ces produits chimiques sont dans l’air. Par exemple, en connaissant les substances chimiques présentes dans l’air, nous pouvons optimiser le stockage, le transport et la distribution des aliments afin de réduire le gaspillage alimentaire mondial. Au fur et à mesure que nous poursuivrons nos recherches, nous trouverons probablement encore plus de caractéristiques propres à ces nouveaux matériaux, “Dit Evans.

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