新聞 : 延續摩爾定律另闢蹊徑：在電腦晶片佈線加入石墨烯

隨著積體電路越來越小型化，目前摩爾定律的存續命運，似乎大多聚焦在矽電晶體的改良上。
不過，逐漸有研究人員開始從別的組成部分著手：例如連接各個電晶體形成複雜電路的銅線。
而石墨烯在其中起到著關鍵作用。
為了提高性能，積體電路密度不斷提升，而在同樣面積的晶片當中塞入更多電晶體，便意味著需要更多線路來連接它們。
在 2000 年生產第一組銅線互聯的晶片，每平方公分佈有 1 公里的銅線；但今日的 14 奈米節點處理器，在同樣面積裡
卻能包含 10 公里的銅線。現在越尖端的晶片，銅線就變得越細窄，電阻也因而提高，卻又得承載更多電流以加快
切換速度、提高性能，於是會產生電遷移（Electromigration）現象。通電銅線的電子會把動能傳遞給金屬離子，
使離子朝電場反方向運動而逐漸遷移，導致銅線的原子擴散與損失，造成短路。
目前的解決方法，是將銅線置溝槽內，溝槽內壁則包覆了厚達 2 奈米的氮化鉭（tantalum nitride），能夠阻止銅的逸失。
但這種方式頂多撐到 10 奈米及 7 奈米的節點。隨著製程持續縮小，2 奈米的內壁也將變得太厚。
針對銅線互聯即將面臨的問題，去年 12 月在舊金山舉行的 IEEE 國際電子設備會議上，來自 Stanford 的電機工程師 
H.-S. Philip Wong 與其團隊，發現以石墨烯鍍銅，就可以解決電遷移現象，並且降低電阻。Wong 表示，雖然研究人員
早已在研究其他可能阻止電遷移的襯層，包括釕和鎂，不過石墨烯可以比任何材質都還要薄。另外，半導體工業其實盡量避免
在找尋新材料上花太多時間，但以現在的情況來看，若銅的壽命無法再延續下去，則必須採用新材料（例如鈷）來取代。
Stanford 的團隊目前與科林研發（Lam Research Corp.）以及中國浙江大學合作，測試複合式材料佈線，讓石墨烯從銅線上生成。
科林研發已經開發出專門的製造方式，在不會損壞晶片其他部分的溫度下（低於 400℃）進行，這種包覆石墨烯的複合材料
抑制電遷移的效果是一般銅線的 10 倍，並且只有一半的電阻。摩爾定律要能走下去，往後除了電晶體之外，勢必連記憶體、
線路等都得加入改良的行列，而石墨烯的角色或將更加吃重。

由  科技新報   轉載