ניו-טק מגזין | יוני 2021 | המהדורה הדיגיטלית

מוליכות החשמל של הגרפן, אחת התכונות החשובות ביותר של חיבור ביניים, הנגזרת מהניידות החשמלית וריכוז נושאי המטען בחומר. הפתרון שהודגם הוא שימוש בכמה שכבות של גרפן כדי להגיע לחיבור ביניים עם מוליכות שוות ערך לזאת של נחושת. מספר השכבות מאזן בין תרומתו הכללית של החומר להתנגדות ולקיבול. למרבה המזל, יש דרכים לשנות את המוליכות של הגרפן. היכולת הזאת עומדת בבסיס המחקר בתחום הננו־רצועות של גרפן, שהן יריעות גרפן שעוצבו לרצועות דקות. גם הזווית שבה מונחות יריעות הגרפן זאת על גבי זאת יכולה לשפר מאוד את מוליכות החשמל. והשיטה האחרונה שבהאפשר להגדיל אתמוליכותהחשמל של הגרפן היא באמצעות אילוח אלקטרונים או יצירת חורים חשמליים נוספים לשיפור כושר הולכת הזרם. אפשר לבצע את האילוח בכמה שיטות, כשאחת הנפוצות שבהן היא אילוח באמצעות הצמדת שכבת גרפן לשכבת מתכת כמו נחושת או רותניום. המבנים ההיברידיים האלה של גרפן ומתכת משלבים בין התכונות הטובות ביותר של שני החומרים: הריכוז הגבוה של נושאי מטען במתכת והניידות החשמלית הגבוהה של הגרפן. מאמר זה עוסק בשאלת ההיתכנות של השימוש במבנים היברידיים של מתכת וגרפן ביישומי חיבורי ביניים בתהליך ננומטר. נחקרים שני מבנים 2 יצור קטן מ־ שונים: מתכת בציפוי גרפן וגרפן בציפוי מתכת. המתכת המשמשת במחקר היא ), מכיוון שלאחרונה היא Ru רותניום ( התבססה כחלופה המובילה למטליזציה של נחושת. עם זאת, הקונספטים של חיבורי הביניים המוצגים כאן צפויים להתאים גם למתכות נוספות. רותניום בציפוי גרפן מבנים imec במחקר זה יצרו חוקרי היברידיים של גרפן/רותניום באמצעות העברת יריעת גרפן מרובדת (שגודלה בשיטת שיקוע אדים כימי; בראשי תיבות באנגלית: ) אל יריעת רותניום דקה (לרוב בעובי CVD נומטר) שגודלה בשיטת שיקוע אדים 5 של .) PVD פיזיקלי (בראשי תיבות באנגלית: לאחר ההעברה, נמצא כי הגרפן נקשר היטב למשטח הגדול של שכבת הרותניום בשיקוע .) PVD אדים פיזיקלי ( מנקודתמבטשל יישומי חיבורי ביניים, אילוח

(למטה). BEOL (למעלה) ו־ FEOL לטכנולוגיות imec מפות הדרכים של :1 תמונה «

של מתכת בציפוי גרפן. ייתכן שיריעת הרותניום נותרת המוליך העיקרי, כשהגרפן רק עוזר להקטין את ההתנגדות על ידי שיכוך מנגנוני הפיזור במתכת; או ששני החומרים מתפקדים במקביל כמוליכים, כשלגרפן שבמבנה מוליכות חשמלית גבוהה יותר (לעומת גרפן נקי) כתוצאה מהעברת המטענים. כיום נחקרים מודלים שונים בניסיון להבין טוב יותר את מנגנון ההולכה בתוך המבנה ההיברידי. בתוך כך חשוב לציין כי עיטוף הרותניום בגרפן הוביל לכך שקווי הרותניום הפכו פחות רגישים לתנודות טמפרטורה. ייתכן שהסיבה לכך היא מוליכות החום הגבוהה של הגרפן שמשמש הלכה למעשה כגוף קירור שמפזר את החום. לממצא זה חשיבות רבה עבור יישומי חיבור ביניים עתידיים מכיוון שפיזור לא מספיק טוב של החום שנוצר בתוך מעגל משולב לסביבה הדיאלקטית עלול לפגוע

הגרפן באמצעות מתכת צפוי להתרחש באזור המגע בין יריעת הגרפן ליריעת הרותניום. כדי להבין את מנגנון האילוח וכיצד לשלוט עליו, נחקרה ביסודיות העברת המטענים בנקודת המגע בין יריעות הרותניום והגרפן. החוקרים מצאו כי התנגדות יריעת הרותניום לאחר העיטוף 15% קטנה בשיעור ממוצע של בגרפן. כמו כן, הבחינו החוקרים גם בירידה באנרגיית הפרמי של אלקטרוני הערכיות לעומת גרפן רגיל, 0.5 eV ~ בגרפן בשיעור של ערך המתאים לריכוז חורים חשמליים . ממצא זה מעיד כי ציפוי 1.9 E 13 cm -2 של הרותניום בגרפן הוביל לכך שהגרפן עבר בנקודת המגע בין החומרים. P אילוח מסוג במחקר נמצא כי ציפוי הרותניום בגרפן יכול לשפר את הביצועים החשמליים של רותניום ביישומי חיבור ביניים. עם זאת, נדרשים נתונים וידע נוספים על מנת לקבוע מהו מנגנון ההולכה בתוך המבנה ההיברידי

], שכבה אחת של גרפן CNT תכונות הגרפן (ננו־צינורית של פחמן [ :2 תמונה « ) לעומת חיבורי ביניים מחומרים אחרים FLG ) וכמה שכבות של גרפן ( SLG ( .)Ru ) ורותניום ( Cu ), נחושת ( W הנחקרים כיום: טונגסטן (

41 l New-Tech Magazine