La reducción de la rugosidad de la superficie es realmente un gran problema cuando se trata de física de superficie fundamental y al fabricar dispositivos electrónicos y ópticos. A medida que las dimensiones del transistor dentro de los circuitos integrados continúan reduciéndose, se requieren líneas metálicas suaves para interconectar estos dispositivos. Si las superficies de estosLas pequeñas líneas de metal no son lo suficientemente suaves, reducen sustancialmente su capacidad de conducir energía eléctrica y térmica, disminuyendo la funcionalidad.
Un grupo de ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst ahora informa un avance esta semana en letras de física aplicada , de AIP Publishing, en forma de resultados de modelado que establecen el tratamiento eléctrico de la superficie de la realización de películas delgadas como un método de procesamiento físico para reducir la rugosidad de la superficie.
"Hemos estado pensando mucho sobre este problema de rugosidad durante muchos años, desde que demostró que las corrientes eléctricas se pueden usar para inhibir el agrietamiento de la superficie", dijo Dimitrios Maroudas, coautor y profesor del Departamento de Ingeniería Química ".tan pronto como desarrollamos las herramientas computacionales para atacar el problema de la rugosidad de la película completa, nos pusimos a trabajar ".
El trabajo del grupo se centró en utilizar una película de cobre en una capa de nitruro de silicio para cuantificar los parámetros del modelo para sus simulaciones y hacer comparaciones con los resultados experimentales disponibles, que pudieron reproducir.
"La electromigración de la superficie es el concepto físico clave involucrado", explicó Maroudas. "Es el transporte dirigido de átomos en la superficie del metal debido a la llamada fuerza del viento electrónico, que expresa la transferencia de impulso desde los electrones del metal en movimientobajo la acción de un campo eléctrico a los átomos iones - polarizando la migración atómica "
Piense que es similar a la difusión de tinta en el agua que fluye. "El papel de la electromigración en el transporte de los átomos de la superficie es análogo al de la convección debido al flujo en el transporte de tinta dentro del agua", dijo Maroudas.Los efectos de un campo eléctrico aplicado bien controlado y la geometría de la superficie rugosa hacen que los átomos de la superficie metálica se muevan desde las colinas de la morfología de la superficie rugosa a los valles vecinos, que eventualmente suavizan las superficies rugosas ".
Este trabajo es significativo, particularmente dentro del ámbito de la microelectrónica, porque establece el tratamiento eléctrico de las películas metálicas conductoras como una estrategia viable de procesamiento físico para reducir la rugosidad de su superficie.
"Nuestro enfoque es cualitativamente diferente de las técnicas tradicionales de pulido mecánico o de irradiación con haz de iones", dijo Lin Du, coautor y estudiante de doctorado que trabaja con Maroudas. "Influye directamente en la difusión impulsada de los átomos de la superficie con precisión, lo que afecta la superficiemovimiento atómico y permite una superficie lisa hasta el nivel atómico "
La acción de campo eléctrico requerida se puede controlar convenientemente macroscópicamente: simplemente elija una dirección, ajuste el voltaje y encienda un interruptor "encendido"
"Al estudiar el fenómeno, descubrimos que un campo eléctrico suficientemente fuerte puede llevar la superficie metálica a un estado atómicamente liso", dijo Du. "La intensidad del campo eléctrico requerido depende en gran medida de la dirección del campo y las propiedades del material de la superficie del metalpelícula, como la textura de la película y la anisotropía de difusión superficial, porque en las superficies de materiales cristalinos la difusión es más rápida en ciertas direcciones preferidas ".
Una verdadera ironía aquí es que "la electromigración es mejor conocida por sus efectos dañinos dentro de las interconexiones metálicas - problemas de confiabilidad de materiales cruciales subyacentes en muchas generaciones de microelectrónica", dijo Maroudas.
En lo que respecta a las aplicaciones, dado que este trabajo establece los principios para crear superficies de material conductor más lisas, "se puede usar para fabricar y procesar componentes metálicos de espesor a nanoescala dentro de dispositivos electrónicos y ópticos, que requieren suavidad a escala atómica", dijo Maroudas"La capacidad de reducir la rugosidad de la superficie de los componentes metálicos, como las interconexiones dentro de los circuitos integrados, mejorará significativamente su rendimiento, así como su durabilidad y fiabilidad".
¿Cuál es el siguiente paso para los ingenieros? "Actualmente estamos explorando cómo la efectividad del método depende de la textura de la película metálica u orientación cristalográfica de la superficie, la humectación de la película del sustrato y la dirección del campo eléctrico con respecto aciertas direcciones cristalográficas de superficie ", dijo Maroudas.
El objetivo inmediato del grupo es "optimizar la técnica de tratamiento eléctrico e identificar las condiciones para minimizar la intensidad del campo eléctrico requerido, así como el costo de aplicar esta técnica", agregó. "Nuestro próximo paso natural debería ser unasociación con un laboratorio experimental con la experiencia adecuada para llevar a cabo pruebas que nos ayudarán a pasar de la prueba de concepto a una tecnología habilitadora ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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