Mae Ffilm Diemwnt Tymheredd Isel yn Gwella Gwasgariad Gwres Lled-ddargludyddion

Gyda datblygiad cyflym cyfrifiadura perfformiad uchel, dyfeisiau electronig pŵer uchel, a thechnoleg pecynnu uwch, mae gwasgariad gwres sglodion wedi dod yn dagfa allweddol sy'n cyfyngu ar berfformiad a dibynadwyedd y system. Mae diemwnt yn cael ei ystyried yn ddeunydd afradu gwres addawol iawn ar gyfer y genhedlaeth nesaf o gylchedau integredig a phecynnu oherwydd ei ddargludedd thermol hynod o uchel a chryfder dielectrig rhagorol.

 

Mewn gweithgynhyrchu proses gefn (BEOL), fel arfer mae angen rheoli tymheredd y dyddodiad deunydd ar 450 gradd C neu is er mwyn osgoi difrod i strwythurau rhyng-gysylltu metel presennol a pherfformiad dyfeisiau. Fodd bynnag, mae paratoi ffilmiau diemwnt gyda pharhad, dwysedd diffyg isel, a dargludedd thermol uchel ar amodau tymheredd mor isel bob amser wedi bod yn her a wynebir gan y diwydiant a'r byd academaidd.

 

Yn ddiweddar, cydweithiodd tîm yr Athro Zeng Yonghua o'r Sefydliad Microelectroneg ym Mhrifysgol Genedlaethol Cheng Kung yn Taiwan ag ymchwilwyr o TSMC ac eraill i gynnig techneg paratoi ffilm diemwnt dyddodiad anwedd cemegol plasma microdon (MPCVD) sy'n addas ar gyfer tymheredd isel (450 gradd), gyda dargludedd thermol o dros 300 W/m · K. Enw canlyniad ymchwil diemwntau ôl-daeniadau o wresogyddion yw "llinellau tenau o wresogyddion" (BEOL) gwneuthuriad sglodion silicon" ac mae wedi'i gyhoeddi yn Diamond & Related Materials.

 

Mewn ymateb i broblem maint grawn bach a ffiniau grawn trwchus sy'n arwain at ostyngiad mewn dargludedd thermol wrth baratoi ffilmiau diemwnt o dan amodau tymheredd isel, llwyddodd y tîm ymchwil i adeiladu ffilmiau diemwnt parhaus a dwys ar swbstradau silicon trwy gyflwyno hadau diemwnt 3 nm wedi'u dosbarthu'n unffurf. Mae arbrofion wedi dangos y gall ychwanegu swm priodol o slyri graffit hyrwyddo twf grawn hadau diemwnt ac atal yr hadau rhag cael eu hysgythru mewn plasma, a thrwy hynny wella ansawdd a dargludedd thermol y ffilm.

 

O ran optimeiddio prosesau, addasodd y tîm ymchwil drwch a maint grawn ffilmiau diemwnt trwy reoli faint o slyri graffit a ychwanegwyd. Mae'r canlyniadau arbrofol yn dangos y gall ychwanegu ychydig bach o slyri graffit yn ystod y cyfnod twf cychwynnol wella twf cyflym grawn diemwnt yn sylweddol, gan arwain at drwch unffurf o 50-100 nm ar gyfer y ffilm a chynnal dargludedd thermol uchel (tua 300 W / m · K). Gydag estyniad amser twf, mae maint grawn ffilmiau diemwnt yn cynyddu ymhellach, ac mae'r dargludedd thermol hefyd yn cynyddu yn unol â hynny.

Cynhaliwyd y prawf perfformiad thermol gan ddefnyddio dull Myfyrio Thermol Parth Amser (TDTR), a dangosodd y canlyniadau fod dargludedd thermol y ffilm diemwnt yn cynyddu gyda chynnydd mewn maint grawn, yn y pen draw yn cyrraedd trwch o 200 {{}} 300 nm, a gellid cynnal y dargludedd thermol tua 300 W/m · K. O'i gymharu â ffilmiau traddodiadol tymheredd isel, mae'r ffilm wedi gwella dargludedd ffilm diemwntau isel traddodiadol. tymereddau.

Mae'r dechnoleg hon nid yn unig yn bodloni gofynion tymheredd isel proses BEOL, ond mae hefyd yn darparu datrysiad paratoi ffilm diemwnt effeithlon gyda rhagolygon cymhwyso eang. Bydd ffilm diemwnt, fel deunydd afradu gwres delfrydol, yn darparu cefnogaeth dechnegol gref i'r diwydiant lled-ddargludyddion yn y dyfodol o ran rheolaeth thermol cyfrifiadura perfformiad uchel, cylchedau integredig 3D, a dyfeisiau lled-ddargludyddion pŵer uchel.