مس یک فلز بسیار پرطرفدار (و بسیار دزدیده شده) است زیرا باعث گسترش مراکز داده، وسایل نقلیه الکتریکی و زیرساخت های انرژی می شود.
مس همچنین اتصالات را تشکیل می دهد، سیم هایی که الکتریسیته را بین ترانزیستورهای نیمه هادی حمل می کنند که بلوک های اصلی تراشه های الکترونیکی را تشکیل می دهند.
به طور باورنکردنی، یک تراشه پیشرفته می تواند بیش از 100 کیلومتر (62 مایل) لینک مسی داشته باشد.
اما مس ممکن است دچار کمبود شود.
با ادامه انقباض پیوندهای مس، جریان الکترون را خفه می کنند زیرا این ذرات اساسی به طور فزاینده ای از سطوح سیم ها پراکنده می شوند.
این اثر اندازه کشیدن نامیده می شود. این زمانی اتفاق می‌افتد که مساحت سطح نسبت به حجم بسیار بزرگ‌تر می‌شود و حفره میکروسکوپی ماش مقاومت و تاخیر سیگنال را افزایش می‌دهد. در همین حال، افزایش چگالی جریان نیز می تواند به اتصالات آسیب برساند و قابلیت اطمینان آنها را کاهش دهد.
اما اکنون فیزیکدانان برتری یک جایگزین غیرمعمول برای مس را نشان داده اند: ماده ای در مقیاس نانو که از کبالت و سیلیکون ساخته شده است.
همانطور که قبلا نشان داده شد، مواد نیمه فلزی سیلیسید کبالت (CoSi) خاصیت جالبی از خود نشان می دهند.
همانطور که آنها کوچکتر می شوند، مقاومت الکتریکی آنها کاهش می یابد همانطور که مکانیک کوانتومی مسیرهای سطحی بسیار رسانا با کاهش پراکندگی الکترون ایجاد می کند.
گزارش یافته های خود در مواد طبیعیمحققان “نانفلکه” CoSi تک کریستالی با اندازه های مختلف ایجاد کردند و پتانسیل عملی خود را برای جابجایی مس نشان دادند.
این می تواند به دور زدن گلوگاه رو به رشد کمک کند زیرا اتصالات حجم و هزینه قابل توجهی از مدارهای مجتمع را تشکیل می دهند.
و حتی با افزایش سرعت ترانزیستورها، عملکرد کلی آنها توسط جریان الکتریکی مسدود شده از طریق اتصالات کوچکتر محدود می شود.
محققان دریافتند که با کاهش ضخامت اجزای CoSi از یک میکرومتر (یک میلیونیم متر یا 0.00004 اینچ) به حدود 20 نانومتر (20 میلیاردم یک متر)، مقاومت CoSi در واقع یک مرتبه قدر کاهش یافت.
بنابراین، یک نانوفلکه CoSi با ضخامت 20 نانومتر، ده برابر کمتر از یک پیوند مسی با همان ضخامت در دمای اتاق در برابر جریان الکتریکی مقاوم است.
به گفته محققان، ظرفیت حمل جریان نانوفلکه های CoSi نیز 100 برابر اتصالات مسی است که «به طور قابل توجهی از فلزات معمولی پیشی می گیرد».
این ویژگی ها CoSi را به جایگزینی امیدوارکننده برای مس تبدیل می کند. اما آیا واقعاً می تواند کفش های براق مس را در برنامه های اتصال پر کند؟
برای پی بردن به این موضوع، محققان دو آزمایش انجام دادند که ارزش عملی CoSi را نشان داد.
اول، آنها از یک پیکربندی زمین-سیگنال-زمین (GSG) برای اندازه‌گیری اینکه چگونه یک پیوند ترکیبی CoSi می‌تواند سیگنال‌ها را بدون تأخیر یا اتلاف توان ارسال کند، استفاده کردند.
این آزمایش فرکانس رادیویی نشان داد که پیوندهای CoSi می توانند سیگنال های کم تلفات را تا 40 گیگاهرتز ارسال کنند – باندهای فرکانس مورد استفاده، برای مثال، توسط سیستم های ارتباطی فضاپیماها.
دومین آزمایش در دنیای واقعی، سازگاری ذاتی اتصالات CoSi با فناوری تراشه سیلیکونی CMOS، پلتفرم تراشه الکترونیکی معمولی را بررسی کرد.
محققان برخی از اتصالات فلزی سنتی را با یک نانوفلکه CoSi در یک نوسانگر حلقه سیلیکونی جایگزین کردند. این دستگاه سیگنال الکتریکی را بین تعداد فرد گیت منطقی در یک حلقه منتقل می کند.
بر این اساس، نوسانگر می‌تواند در هنگام استفاده از CoSi با فرکانس یکسانی کار کند و در نتیجه «تغییر ناچیزی در مقاومت کلی سیم اتصال» ایجاد می‌کند.
به طور کلی، “آزمایش RF و روی تراشه به طور واضح نشان می دهد که CoSi یک ماده اتصال با پتانسیل بسیار مقیاس پذیر است.”
همچنین می‌تواند ضربان بیشتری داشته باشد، زیرا اندازه‌گیری‌های دیگر نشان می‌دهد که CoSi می‌تواند در چگالی جریان بالا پایدار بماند و دمای ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد (۸۴۰ درجه فارنهایت) را به مدت ۲۰۰ ساعت تحمل کند.
مطالب مرتبط: مهندسان راهی مبتکرانه برای کاهش مصرف برق مرکز داده پیدا می کنند
به طور کلی، این ماده یک جایگزین بالقوه امیدوارکننده برای مس است.
محققان نتیجه گیری می کنند: «این مطالعات نشان می دهد که CoSi یک جایگزین برتر برای اتصالات مسی است و از نظر رسانایی و قابلیت اطمینان در مقیاس نانو بهتر است.
این تحقیق در مواد طبیعی.
این مقاله توسط پیتر داکریل تصحیح و توسط پیتر داکریل ویرایش شده است. در حالی که ما به روند خود افتخار می کنیم، اما فقط انسان هستیم. اگر خطایی را مشاهده کردید، لطفاً به ما اطلاع دهید.
