New-Tech Magazine | March 2023 | Digital Edition

ההתנגדות של מתכות שונות כפונקציה של :1 תמונה

מיון הסגסוגות הבין מתכתיות הבינאריות שנבדקו. :2 תמונה « : הנתיב החופשי של נושאי המטען במתכת. λ , : התנגדות סגולית ρ0 IMEC קרדיט:

«

עובי השכבה. IMEC קרדיט:

פירושו שינויים קטנים יותר בהתנגדות בשל גודל מחבר הביניים. כדי להקל על החישוב, אנחנו משתמשים בערך הכפלת ההתנגדות הסגולית בממוצע הנתיב החופשי של נושאי המטען במתכת כמדד הראשון כדי לבצע את הסינון הראשון. כדי להיחשב כמתכת מתאימה לשימוש במחברי הביניים של העתיד, הערך הזה צריך להיות טוב יותר מזה של נחושת שלה התנגדות מיקרו־אוהם ס"מ וממוצע 17 סגולית של 39 נתיב חופשי של נושאי המטען במתכת של ננומטר (בטמפרטורת החדר). אנרגיית הקשירות כסמן אמינות התכונה השנייה, אנרגיית הקשירות, משמשת להערכת אמינות המוליך במחבר הביניים. בדרך כלל, מושפעת אמינות מחבר הביניים משתי תופעות. הראשונה: המוליכים עלולים לסבול מהיסחפות נושאי מטען בשל זרם גבוה או דיפוזיה של אטומים בשל הפרשי חום או עומס. כמו כן, בחלק מהמתכות נוטים האטומים לעבור בדיפוזיה לחומר הדיאלקטרי שמסביב. ללא מחסום, נדידת האטומים עלולה להוביל לפריצת הבידוד. ההשפעה שיש לשתי התופעות האלו תלויה בקלות שבה מתנתקים אטומי המתכת מהחומר שממנו עשוי מחבר הביניים, וזה בדיוק מה שתכונת אנרגיית הקשירות יכולה לחזות. עבור נחושת, .~4 eV ערך אנרגיית הקשירות הוא אפשר לחשב את הערכים האלה ברמת האטום על סמך התכונות הפיזיות של המוצק ותצורה האלקטרונית של החומר, ולבנות מהם גרף.

הצורך בשכבת מעטפת ומחסום למניעת נדידת מטענים? התוצאות הראשוניות של המחקר פורץ הדרך הזה, שפורסמו בשנת International בכינוס הבינלאומי 2018 Interconnect Technology Conference ) היו מעודדת מאוד IITC 2018 (או בקיצור ]. מאז, קבוצות מחקר ופיתוח בכל רחבי 2[ העולם אימצו את הרעיון והחלו לחקור סגסוגות חלופיות, כשכיום עיקר תשומת .] 5 , 4 , 3 הלב נתונה לסגסוגות בינאריות [ אולם, חיפוש המתכות החדשות אינה משימה פשוטה כלל ועיקר. אחד האתגרים הגדולים של המחקר הוא המספר הגדול של שילובים אפשריים בין חומרים והעדר מידע מספיק על תכונותיהן של מתכות רבות בגדלים זעירים. בדרך כלל, אין אפילו מידע על התכונות הפיזיקליות של התרכובות האלו. לפני שנוכל להתחיל בניסויים, קודם כל עלינו לענות על השאלה איך אפשר לקצר את הרשימה הזאת? איך נדע שהחומרים שבחרנו לא פוגעים בסביבה ושעלותם לא תמנע אימוץ מסחרי נרחב? והאם הסגסוגות האלו יציבות ומתאימות לשיטות המטליזציה המשמשות בייצור? מאמר זה מציג שיטה ייחודית ומהימנה לדירוג הסגסוגות השונות וקיצור הרשימה על בסיס חישובים תיאורטיים, ניסויים ומודלים ממוחשבים ברמת האטום. לאחר מכן, נתייחס לפוטנציאל של החומרים ונדון במה צפוי בעתיד, או במילים אחרות: כיצד לשלבם בשיטות המטליזציה המשמשות בייצור.

חישובים ברמת האטומים מצמצמים את מספר הסגסוגות המועמדות שילובי חומרים שמהם 5,000־ קיימים יותר מ אפשר ליצור סגסוגות בינאריות מוליכות, ומספר שילובים גדול עוד יותר ליצירת סגסוגות שלישוניות. לכן, השלב הראשון הוא לבנות שיטה מהימנה לצמצום הרשימה כדי למקד את תהליך הפיתוח ולזרזו. כך לדוגמה, לא מספיק לבחון רק את ההתנגדות (הסגולית) של הסגסוגת, מכיוון שהיא עשויה להשתפר דווקא בגדלים זעירים. יש צורך להגדיר את תכונות המפתח של החומר שאותן צריך להשוות לאלו של נחושת כדי לקבוע את מידת התאמתו. צוות מחברי הביניים של הציע שתי תכונות: אנרגיית הקשירות imec וערך הכפלת ההתנגדות הסגולית בממוצע הנתיב החופשי של נושאי המטען במתכת. ממוצע הנתיב החופשי כסמן x התנגדות לחיזוי הגדלת ההתנגדות בגדלים זעירים החומר שממנו יהיו עשויים מחברי הביניים בעתיד יהיה בעל התנגדות סגולית וערך ממוצע הנתיב החופשי של נושאי המטען במתכת נמוכים ככל האפשר. ככל שממוצע הנתיב החופשי של נושאי המטען במתכת קטן יותר, כך נושאי המטען יהיו פחות רגישים לפיזור תלוי גודל, בשל תופעת גבולות המשטח או הגרגר שמתרחשת במחברי ביניים זעירים. במילים אחרות: ממוצע נתיב חופשי קטן יותר של נושאי המטען במתכת

57 l New-Tech Magazine