Nowo odkryty materiał przyspieszy wejście na rynek urządzeń elektrycznych nowej generacji. Pozwoli też na dalszą miniaturyzację

Ultracienkie folie z azotku boru przyspieszą pojawienie się na rynku elektroniki nowej generacji. Naukowcy z Samsung Advanced Institute of Technology zaprezentowali nowatorski materiał, który może umożliwić znaczny skok w miniaturyzacji urządzeń elektronicznych. Synteza cienkiej warstwy amorficznego azotku boru o wyjątkowo niskiej stałej dielektrycznej ma ogromny potencjał jako izolator. W połączeniu z innym materiałem przyszłości – grafenem – może zmienić paradygmat półprzewodników. Pierwsze półprzewodniki, które mogą powstać na bazie a-BN, to pamięci RAM i flash.

Zespół Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) ogłosił odkrycie nowego materiału – amorficznego azotku boru (a-BN). We współpracy z Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i Uniwersytetem Cambridge potwierdzono, że a-BN składa się z atomów boru i azotu o amorficznej strukturze molekularnej i ma ogromny potencjał jako izolator w półprzewodnikach nowej generacji. Nowy materiał jest pochodną tzw. białego grafenu (h-BN), ale jego struktura jest zauważalnie inna od heksagonalnego układu azotku boru w h-BN. Zespół naukowców zsyntetyzował cienką warstwę a-BN o grubości około 3 nm, która wykazała wyjątkowo niską stałą dielektryczną 1,78 (o 30 proc. niższa niż stała dielektryczna obecnie dostępnych izolatorów).

Naukowcy twierdzą, że nowy materiał może być wytwarzany w rozmiarze plastra już w temperaturze poniżej 400 stopni Celsjusza. Połączenie takiego izolatora z grafenem może zmienić dotychczasowy paradygmat przewodników.

– Aby zwiększyć kompatybilność grafenu z procesami półprzewodnikowymi na bazie krzemu, jego wzrost na związkach półprzewodnikowych powinien odbywać się w temperaturze poniżej 400°C – wskazuje Hyeon-Jin Shin, lider projektu grafenowego i główny badacz w Samsung Advanced Institute of Technology.

Poszukiwania materiałów o ultraniskiej stałej dielektrycznej (poniżej 2) trwały od dziesięcioleci. Naukowcy podejmowali szereg prób opracowania materiałów o pożądanych właściwościach, jednak bez powodzenia, przede wszystkim z powodu złych właściwości mechanicznych lub słabej stabilności chemicznej po integracji. Wydaje się jednak, że wszystkie wymagania spełnia amorficzny azotek boru.

Materiał a-BN wykazuje m.in. znakomite właściwości mechaniczne o wysokiej wytrzymałości. Ponadto, gdy badacze przetestowali właściwości bariery dyfuzyjnej amorficznego azotku boru w bardzo trudnych warunkach, odkryli, że może on zapobiec migracji atomu metalu z połączeń do izolatora. Może to pomóc w rozwiązaniu problemów w produkcji układów scalonych CMOS, co z kolei umożliwi dalszą miniaturyzację urządzeń elektronicznych.

– Ostatnio rośnie zainteresowanie materiałami 2D i nowymi materiałami z nich pochodzącymi. Jednak nadal jest wiele wyzwań związanych z zastosowaniem materiałów w istniejących procesach półprzewodnikowych – mówi Seongjun Park, wiceprezes i szef laboratorium materiałów nieorganicznych SAIT. – Będziemy nadal opracowywać nowe materiały, aby przewodzić zmianie paradygmatu półprzewodników.

Zdaniem naukowców amorficzny azotek boru może być już niebawem stosowany w półprzewodnikach, w tym m.in. w pamięciach DRAM i NAND.