Nanodraden ingezet als interconnects

Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om koperen interconnects te vervangen door koolstof nanodraden om lagen in een chip te verbinden. De nanodraden zouden hogere stromen dan koperen interconnects transporteren.

Om de verschillende lagen in een chip met elkaar te kunnen laten communiceren en ze van voldoende stroom te voorzien, worden koperen interconnects gebruikt. Twee onderzoekers van de Britse universiteit van Cambridge, John Robertson en Santiago Esconjauregui, hebben een manier ontwikkeld om die koperen verbindingen te vervangen door geleidende koolstof nanobuizen. De zogeheten cnt's zouden tot vijfmaal hogere stromen kunnen verwerken dan hun koperen varianten.

Dankzij de hogere stromen die in de nanobuisjes mogelijk zijn, kunnen de interconnects kleiner worden gemaakt dan wanneer ze van koper zijn. Voorwaarde voor gebruik van de cnt's als interconnect is het vermogen ze direct op het substraat te laten groeien en een hoge dichtheid van de buisjes te realiseren. De Cambridge-medewerkers zijn hierin geslaagd door de cnt's in diverse stappen op het substraat te laten groeien, waarmee een vijfmaal hogere dichtheid werd bereikt dan met vergelijkbare productiemethodes.

Reacties (34)

[IIsnickerII]

dat "groeien" moeten ze mij nog even uitleggen. wat bedoelen ze daar precies mee?

[freelh]

CNT: carbon nano tubes.
Dat zijn letterlijk buizen gemaakt van koolstofatomen. Ze groeien die buizen door er koolstofatomen aan te plakken... Hoe dat gebeurt, goh... iemand?

[paazei]

Een goede maat van mij doet momenteel onderzoek in naam van TNO op de TUe. De Nanobuizen worden op een sustraat gegroeid door een sterke laser te laten schijnen op een zuurstofvrije omgeving gevuld met een aantal gassen die voornamelijk uit koolstof bestaan.
De nanobuizen beginnen bij een bepaalde lasersterkte te groeien en het lastige is om dit proces onder controle te houden zodat ze niet verbranden, maar ook niet stoppen met groeien.
Het onderzoek dat hij doet is dan ook om dit proces zo te regelen dat er een constante groei is van nanodraden en meetgegevens terug te koppelen zodat men weet wanneer de groei stagneerd of verbrand om zo in een productieproces opgenomen te kunnen worden.

Deze methode heet "Laser assisted catalytic chemical vapor deposition"
De methode werd voorheen blind gedaan, dus met trial and error. Het doel van het onderzoek van mijn vriend is dus om een methode te ontwikkelen om zo het groeiproces constant te kunnen houden.

Het lastige van dit process is dat bij een laser de temperatuur moeilijk gecontroleerd kan worden tijdens het process, zonder het proces zelf te verstoren en dat de laser dus eigenlijk van tevoren moet worden bijgesteld, maar dat blijkt moeilijker dan je zou denken.

Deze nanodraden zijn ook bedoeld om verwerkt te kunnen worden in flexibele verbindingen tussen lagen polymeren zoals bijvoorbeeld flexibele displays e.d.

Btw, dit process kan natuurlijk ook in een oven gedaan worden maar dan kun je niet lokaal die interconnects maken omdat dan heel het substraat opwarmt (wat niet alle substraten kunnen natuurlijk). Dat is dan weer het voordeel van de laser in tegenstelling tot de oven (waarvan wel de temperatuur gecontroleerd kan worden)

Edit: Ik heb iets teveel info gegeven voorafgaande aan de publicatie, onderzoek is nog niet afgerond, stukje over monitoring verwijderd.
Edit2:nog wat gevoelige informatie verwijderd over nog ongepubliceerde onderzoeken.

[Reactie gewijzigd door paazei op 24 juli 2024 06:36]

[serphilith]

sow..... en ik wilde nog wel de scheikunde in.. Blij dat ik voor IT gekozen heb.
Thanks voor de info.

[tmnvanderberg]

De wetenschappers bouwen nano-draden) door atomen laag op laag te stapelen. Dat noemen ze groeien. Dat heeft verder niets met biologische groei te maken, als je dat misschien bedoelde.

[IIsnickerII]

ok, duidelijk

[chibibro]

In de chemie word deze term gebruikt wanneer je verschillende lagen op elkaar legt, Dit is natuurlijk zo klein dat je dan niet met een pincet kan doen.

Dus wat ze doen is ze stoppen de bouwstenen voor de nanotubes in een oplossing dan stoppen ze de plaat waar ze de nanotubes op willen in die oplossing en op dit plaat zit een ent. (een ent in een klein deel van de uiteindelijke tube vante voren gemaakt.) Omdat het energetisch voordeliger is voor de bouwstenen om aan te sluiten bij de ent.
Daarna volgen natuurlijk steeds meer bouwstenen uit de oplossing en sluiten aan bij de nieuwe nanotube. Dit proces gebeurt automatisch (onder de juiste omstandigheden) en dat noemen ze dan "Groeien" omdat de nanotube automatisch (Organish) groeit.


Natuurlijk zit er veel meer achter dan deze simpele uitleg maar in basis is dit het.

[the_yoeri]

Normaal gesproken begint het process rond een katalysator (ijzer, nikkel, cobalt). Het koolstofhoudende gas lost op in deze vloeibare catalysator (van een aantal nanometer in diameter) en zal daarna de energetisch favoriete vorm van een buis aannemen (met een vrijwel identieke diameter als de katalysator nanoparticle) en doorgroeien zolang de condities juist zijn (temperatuur, gas toevoer, catalysator etc.)

[naarden 4ever]

De koolstofnanobuizen zitten toch al in de productie voor geheugen?
http://tweakers.net/nieuw...voor-zuinig-geheugen.html

[Reactie gewijzigd door naarden 4ever op 24 juli 2024 06:36]

[teek2]

Onderzoekers hebben het gebruikt (zie titel van je eigen link) net als hier, het zit nog lang niet in geheugen wat jij en ik kunnen kopen.

[fuqua]

betekent dit dan ook gelijk dat de clocksnelheid van processors omhoog kan ? (gezien de nano draden een hoger/groter stroom aankunnen?)

[serphilith]

als we de tekst moeten geloven wel... maar het duurt nog wel even voor de consument-PC processoren cnt's gaan gebruiken. eerst maar even testen.

Ik denk zelf dat als alles vlot verloopt dat deze techniek over 4 á 5 jaar op de markt is. en maybe wel 5 Ghz+ (of 10Ghz+) snelheden. voor betaalbare prijzen en normale koelers.

[Verwijderd]

het is grotere stromen, niet hogere stromen...

[Verwijderd]

Hebben ze ook een incubatietijd?? M.a.w. zou een chip zo kunnen blijven "groeien"??

[the_yoeri]

Het groeien van CNTs gebeurt altijd onder een inerte atmosfeer (Ar, H2) in combinatie met een koolstofhoudend gas, een catalysator en energie (in de vorm van hitte). De temperaturen zijn daarom altijd te hoog (400 - 1200 graden) om dit in gewone lucht (met zuurstof) te doen. Daardoor kan dit natuurlijk nooit doorgaan als het al verwerkt is in de chip. Daarbij komt natuurlijk dat een interconnect twee functionele lagen verbind en dus zal het langer worden van deze interconnects natuurlijk niet nuttig zijn.

Ook in de groeiatmosfeer kan het groeiprocess niet oneindig doorgaan, op een gegeven moment onstaat het fenomeen Ostwald ripening waardoor de catalysator (kleine nanobolletjes van bijvoorbeeld ijzer of nikkel) ophoopt en het de groei van steeds meer CNT buisjes zal stoppen. Doordat ze elkaar omhoog hielpen (staande houden) met behulp van van der Waals krachten zal daarna het process van groeien ook stoppen. Er zijn wel methodes om supergrowth toe te passen (met behulp van water vapor) maar dat is weer een ander verhaal (zie bijvoorbeeld: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl801876h )

[Armageddon_2k]

als je een 1024Mb geheugenreepje hebt, dan heb je binnen een jaar 2048MB

Alhoewel incubatietijd compleet iets anders betekend, snap ik wat je bedoelt

[Reactie gewijzigd door Armageddon_2k op 24 juli 2024 06:36]

[Verwijderd]

ik zie dit niet zo snel gebeuren, hoewel we over 50 jaar misschien wel een pc hebben die steeds doorgroeit, en waarbij het rekenvermogen van je pc afhangt van de voeding die je m geeft

[Prototype666]

waarbij het rekenvermogen van je pc afhangt van de voeding die je m geeft

*proto mompelt iets over hogere voltages voor hogere kloksnelheden van huidige cpu's*

[timberleek]

de mensen met een crappy voeding krijgen dan een slecht presterende pc en als je investeerd in mooie schone voedingslijnen en een aangename temperatuur krijg je extra kloktikjes

[Verwijderd]

Ik denk dat tegen die tijd computers lid zijn van een vakbond en gewoon gaan staken als je ze slechte voeding geeft.

[Verwijderd]

Het is niet echt een ziekte of wel dan, zie niet vaak Nano draden niesen.
Maar hoop inderdaad dat ze kunnen blijven groeien qua capaciteit. En dat het op meerdere vlaken toegepast kan gaan worden

[Aham brahmasmi]

het is grotere stromen, niet hogere stromen...

Mee eens. Hogere stroomsterkte is daarentegen weer wel correct. "Stroom" is nl. geen grootheid; stroomsterkte betekent grootte van de stroom.

[Verwijderd]

In deze context is er niet echt een verschil tussen hoger en groter.
Voltage is in deze dan ook niet onbelangrijk.

Wat wel interessant is of dit ook impliciet betekend dat de dissipatie (weerstand) minder is. Dat zou dan ook voordelen kunnen hebben qua verbruik en/of snelheid.

[Verwijderd]

Erm, nee.
Hoger slaat alleen op de afstand tot het massamiddelpunt van de aarde. Twee waarden van een fysische grootheid kunnen zich onderscheiden doordat de één groter is dan de ander, maar niet dat de één hoger is dan de ander.

[tmnvanderberg]

Werkelijk? Heb je dat geleerd op het Hoger Beroepsonderwijs? Met hoge snelheid en lage weerstand ontstaat er een deuk in de onzin van de bovenste plank en het laagste niveau!

[Verwijderd]

Niet echt...Eigenlijk is van oudsher het enige correcte een grote snelheid en een kleine weerstand. Maar goed, dit is geen taalkundigensite en al was het dat: door de gebruiksvormen is het toch als dusdanig geaccepteerd.

[tmnvanderberg]

Heb je daar misschien een bron bij? Zoals hieronder opgemerkt door de weledelgeleerde Heer brahmasmi, hangt het tegenwoordig van de context af of het gebruik van 'hoger' in plaats van 'groter' is toegestaan. Is dat ooit anders geweest?

[Verwijderd]

Carbon (nanotubes) scheikunde uitgelegd.
http://www.youtube.com/watch?v=QuW4_bRHbUk

vanaf minuut 8:30 gaat het over stroom geleiding

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 06:36]

[Maddog McHare]

De zogeheten cnt's zouden tot vijfmaal hogere stromen kunnen verwerken dan hun koperen varianten.

en

De Cambridge-medewerkers zijn hierin geslaagd door de cnt's in diverse stappen op het substraat te laten groeien, waarmee een vijfmaal hogere dichtheid werd bereikt dan met vergelijkbare productiemethodes.

Heb ik het nou goed dat je dan effectief 25125x meer vermogen door die draden kunt gooien als je dit in verhouding zet met gebruikte oppervlak ten opzichte van koper?

edit125 ipv 25

[Reactie gewijzigd door Maddog McHare op 24 juli 2024 06:36]

[DCG909]

Nice, wanneer zien we dit terug in consumenten pc's?
En hoe lang duurt het om zo'n CNT te laten groeien?

[GreenFrog]

Betekenen "hogere" scholen dan ook dat die gebouwen perse hoger gebouwd zijn? En hogere orden, eisen, niveaus dan?
En wat te denken van Hoogspanning (Volt, electrisch), of moet het dan Grootspanning zijn?

[serphilith]

nu zie ik niet of dit een grap bedoelt is maar ja..

Hogere scholen zijn scholen die je nog kunt doen na je basis opleiding. Deze zijn respectievelijk van een 'hoger' niveau.

[Sten Vollebregt]

Toevallig gaat mijn eigen promotie onderzoek bij de TU Delft ook over koolstof nanobuizen voor interconnect toepassingen, ben dan ook bekend met het werk van Robertson.

Lezers moeten echter vooral niet denken dat het gebruiken van CNT als interconnects iets nieuws is, al in 2002 zijn er diverse publicaties te vinden waarin gepoogd wordt dit te doen. In 2008 heeft een Japans onderzoeksinstituut het huidige record gezet wat betreft geleding van nanotubes gegroeid op lage temperatuur (onder de 500 graden). Helaas is dit nog steeds ongeveer 100x lager dan de geleding van koper of aluminium.

De resultaten van Robertson en collegas zijn vooral interessant omdat hij heeft laten zien dat het mogelijk is de dichtheid waarin de tubes worden gegroeid (uitgedrukt in buisjes per vierkante cm) nog een stuk hoger gebracht kan worden dan de waardenn die het afgelopen decennium gepubliceerd werden. Helaas is de temperatuur waarop dit gebeurd nog wat hoog (voor CMOS wil je dit rond de 400 graden kunnen doen), maar zeker interessant! Naast dichtheid en groei temperaruur is ook het contact tussen nanotubes en de metalen boven en onder de tubes een grote uitdaging (de weerstand hiervan is vaak nog vrij hoog). Het zal dan ook nog wel wat jaren gaan duren voordat dit toepasbaar zou kunnen zijn bij industrie.

Naast interconnects zijn er nog veel meer toepassingen binnen de IC industrie voor carbon nanotubes voorgesteld: transistoren, veld emissie displays, chemische en of biologische sensors, nano-actuatoren, en ga zo maar door.