(PhysOrg.com) -- Des chercheurs de Chalmers ont démontré que deux puces empilées peuvent être interconnectées verticalement avec des vias de nanotubes de carbone à travers les puces. Cette nouvelle méthode améliore les possibilités d'intégration 3D des circuits, l'une des approches les plus prometteuses pour la miniaturisation et la promotion des performances de l'électronique.

L'intégration tridimensionnelle est un domaine chaud au sein de l'électronique car elle offre une nouvelle façon d'emballer les composants de manière dense et ainsi de construire de minuscules, unités fonctionnant bien. Lors de l'empilement des jetons verticalement, le moyen le plus efficace de les interconnecter consiste à utiliser des interconnexions électriques qui traversent la puce (au lieu d'être câblées ensemble sur les bords) - ce que l'on appelle des vias à travers le silicium.

Jusqu'à présent, l'industrie a principalement utilisé du cuivre à cette fin; cependant, le cuivre présente plusieurs inconvénients qui peuvent limiter la fiabilité de l'électronique 3D. Un autre problème majeur concerne le refroidissement lorsque les puces chauffent. Les excellentes qualités thermiques des nanotubes de carbone peuvent jouer un rôle déterminant à cet égard.

Ainsi, une équipe de recherche de Chalmers travaille avec des nanotubes de carbone comme matériau conducteur pour des vias traversants en silicium. Les nanotubes de carbone – ou tubes en graphène dont les parois n'ont qu'un atome d'épaisseur – vont être les plus fiables de tous les matériaux conducteurs s'il est possible de les utiliser à grande échelle. C'est l'avis de Kjell Jeppsson, un membre de l'équipe de recherche.

"Potentiellement, les nanotubes de carbone ont de bien meilleures propriétés que le cuivre, à la fois en termes de conductivité thermique et électrique », il dit. « Les nanotubes de carbone sont également mieux adaptés à une utilisation avec du silicium d'un point de vue purement mécanique. Ils se dilatent à peu près de la même quantité que le silicium environnant tandis que le cuivre se dilate davantage, ce qui entraîne une tension mécanique pouvant provoquer la rupture des composants. »

Les chercheurs ont démontré que deux puces peuvent être interconnectées verticalement avec des nanotubes de carbone par du silicium traversant via des interconnexions, et que les puces peuvent être collées. Ils ont également démontré que la même méthode peut être utilisée pour l'interconnexion électrique entre la puce et le boîtier.

Le doctorant Teng Wang – qui soutient sa thèse le 12 décembre – a travaillé sur la production. Il a développé une technique pour remplir des vias de silicium traversant avec des milliers de nanotubes de carbone. Les puces sont ensuite collées avec un adhésif afin que les nanotubes de carbone soient directement en contact et puissent ainsi conduire le courant à travers les puces.

« Une difficulté consiste à produire des nanotubes de carbone aux propriétés parfaites et avec la longueur nécessaire pour traverser la puce, " dit-il. " Nous avons produit des tubes de 200 micromètres de long, qui peut être comparé au diamètre qui n'est que de 10 nanomètres. leurs propriétés, cependant, ne sont pas encore parfaits."

Pour que la méthode soit transférée à la production industrielle, la température de fabrication doit être réduite à un maximum de 450 degrés. C'est un grand défi puisque les nanotubes de carbone sont actuellement « cultivés » à un minimum de 700 degrés.

En cas de succès, des possibilités entièrement nouvelles apparaîtront pour le futur rétrécissement de l'électronique - notamment en termes d'amélioration des performances. L'intégration tridimensionnelle à l'aide de vias à travers le silicium fournit des transferts de signal beaucoup plus rapides que l'intégration traditionnelle où les puces sont placées les unes à côté des autres. Par ailleurs, les vias traversants en silicium avec des nanotubes de carbone permettent une production moins coûteuse par rapport à la technologie actuelle qui utilise des interconnexions en cuivre.

« Il y a plusieurs projets d'intégration 3D en cours dans l'industrie, mais il existe des problèmes potentiels de refroidissement et de fiabilité car ils utilisent du cuivre, " dit Kjell Jeppsson. " Si notre méthode fonctionne à grande échelle, Je pense qu'il sera en production d'ici cinq ans."