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    半導體大突破 晶片延壽關鍵 清大揭祕

    研究團隊吳文偉(右起)、陳力俊、廖建能、陳冠嘉等人首度發現銅原子在晶界的擴散行為會受到奈米雙晶結構的影響產生遲滯現象,相關研究成果並榮登《科學》期刊上。<br>(記者廖振輝攝)

    研究團隊吳文偉(右起)、陳力俊、廖建能、陳冠嘉等人首度發現銅原子在晶界的擴散行為會受到奈米雙晶結構的影響產生遲滯現象,相關研究成果並榮登《科學》期刊上。
    (記者廖振輝攝)

    2008/08/23 06:00

    〔記者胡清暉/台北報導〕台灣在積體電路晶片的材料研究出現重大突破!清華大學已找到造成晶片短路、斷路的關鍵,把「高密度奈米雙晶結構」植入晶片中的銅導線中,可延長十倍壽命,同時也有助於開發更小的電腦CPU、手機晶片,研究成果已刊登在國際知名的「科學(Science)」期刊上,這也是台灣三十年來首度有半導體相關論文獲得選刊。

    台灣半導體研究 30年來首見科學期刊

    這篇名為「銅原子在雙晶結構晶體中的晶界擴散行為觀測研究」的論文,是清大材料系教授陳力俊、副教授廖建能共同組成的研究團隊,包括中研院院士杜經寧、交大材料科學與工程學系助理教授吳文偉、清大材料科學與工程系博士生陳冠嘉等人共同撰寫。

    陳力俊指出,清大利用頂級的「臨場超高真空穿透式電子顯微鏡」,成功觀測到銅導線的銅原子在電流作用下,會受到奈米雙晶結構的影響,產生遲滯現象。

    負責研發的廖建能說明,積體電路晶片的導線具有電源供應、訊號處理的功能,用來連結不同元件,由於銅導線的導電性比鋁導線好,近年來電腦CPU、部分手機的晶片已改採銅導線。然而,銅導線在電流作用下,銅原子會不停地移動,並留下無法導電的孔洞,最後導致短路、斷路。

    廖建能把「銅導線」比喻為「河流」,銅導線中的「銅原子」就是河流中的「石頭」,銅導線傳導的「電流」則是河流的「河水」,在電流的通過中會流失銅原子,造成孔洞,進而讓銅導線逐漸失去導電作用,因此,這項研究就是透過銅原子的排列結構,去避免電路的短路、斷路,一如河流中把大量石頭重組排列,去抵抗水流的沖刷。

    改變銅導線結構 啟發下一世代技術

    陳力俊分析,把「高密度奈米雙晶結構」植入積體電路晶片中的銅導線中,可延緩微電子元件失效問題,對於下一世代積體電路製程技術的開發,極具啟發作用。

    廖建能指出,由於晶片體積愈小,銅導線也越來越細,但電流密度卻愈大,導線損壞率自然會愈高,這項研究成果,可以減少銅導線因電流作用的耗損,讓電腦CPU、手機晶片愈做愈小。至於可以做到多小?廖建能認為,必須同時結合按鍵、螢幕各方面技術的提升。

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