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日本开发出实现铜线100倍电流的新材料

2019/08/15 来源:临汾信息港

导读

日本产业技术综合研究所(以下简称 产综研 )开发出了一种新材料,通过组合单层碳纳米管(CNT)和铜(Cu),实现了与铜同等的电导率,以及约达

  日本产业技术综合研究所(以下简称 产综研 )开发出了一种新材料,通过组合单层碳纳米管(CNT)和铜(Cu),实现了与铜同等的电导率,以及约达到铜100倍的载流量(也叫电流密度)。该研究所表示,这种CNT-Cu复合材料不仅可以通过大电流,而且重量轻、耐高温,因此可以作为超小型高性能半导体芯片的布线材料使用。

  目前为止,半导体芯片的总体布线及芯片间布线材料一般使用铜、铝(Al)、金(Au)等金属(图1)。不过,这些金属的电导率虽然较高,但载流量不一定很大。施加一定数值以上的高电压时,这种电压会导致原子结构崩溃,就会造成电阻急剧增大,终导致导线断裂。

  此次制造的CNT-Cu复合材料

  在电导率和载流量方面,新材料兼具CNT的高载流量和Cu的高电导率(a)。此前人们并未找到同时具备高载流量和高电导率的材料,而CNT-Cu复合材料同时实现了两种特性(b)。

  从用途方面来看,随着微细化技术的进步,半导体芯片等的布线要求的载流量也逐渐增大。产综研表示,到2015年,所需载流量将达到Cu和Au无法实现的100万(106)A/cm2。 而CNT及石墨烯等 纳米碳材料 则拥有高达10亿(109)A/cm2左右的载流量。这是因为碳原子之间具有很强的耦合能力,就算施加很高的电压,也很难导致原子结构崩溃。但是,这种材料的电导率却不到Cu和Au的1/100。此前,研究人员一直都没有找到载流量与CNT相当且电导率与Cu同等的材料。

  图1 利用CNT和Cu组成的 钢筋混凝土 突破阻碍

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