В Городском университете Гонконга разработана технология создания нанокристаллической меди, позволяющая осуществлять прямое соединение медных компонентов при пониженных температурах. Это достижение открывает новые возможности для проектирования современных микрочипов.

Исследовательская группа под руководством профессора Шьен-Пин Фэна из Департамента системной инженерии успешно создала нанокристаллический медный материал, который обеспечивает качественное соединение при более низких температурах, чем традиционные методы. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications.

 Свежеприготовленная электролитически покрытая нанокристаллическая медь со средним размером зерна 50 нм. Источник: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51510-7

Использование нанокристаллической меди для прямого соединения долгое время считалось перспективным направлением, однако существовало две серьёзные проблемы. Во-первых, материал содержал множество межзёренных границ, где скапливались примеси, препятствующие росту зёрен при низких температурах. Во-вторых, при осторожном нагреве нанокристаллические зёрна росли только на верхней поверхности, что приводило к образованию пустот у нижнего медного слоя.

Исследователи решили эти проблемы, разработав стратегическую двухслойную конструкцию. В ней крупнозернистый слой выступает в роли «ловушки» для примесей, обеспечивая контролируемую диффузию и предотвращая образование пустот.

Схематическая диаграмма прямого соединения Cu–Cu с использованием структуры «двойного слоя». Источник: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51510-7

«Разработанные нами добавки позволяют электрохимическим способом осаждать нанокристаллическую медь с однородными размерами нанозёрен и низким содержанием примесей, что обеспечивает быстрый рост зёрен при низких температурах», — поясняет профессор Фэн.

Возможность соединения меди при пониженных температурах открывает новые перспективы для проектирования современных чипов. Инженеры смогут интегрировать различные типы микросхем, особенно чувствительных к нагреву, в компактные трёхмерные структуры высокой плотности. Это достижение важно для развития искусственного интеллекта, высокопроизводительных вычислений, сетей 5G и систем дополненной/виртуальной реальности.

В настоящее время команда работает с производителями полупроводников над интеграцией новой технологии соединения в существующие производственные процессы, включая термокомпрессионную и гибридную пайку.

Подробнее на iXBT