कम तापमान वाली डायमंड फिल्म सेमीकंडक्टर गर्मी अपव्यय को बढ़ाती है

उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग, उच्च शक्ति इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और उन्नत पैकेजिंग प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ, चिप गर्मी अपव्यय सिस्टम प्रदर्शन और विश्वसनीयता को सीमित करने वाली एक प्रमुख बाधा बन गई है। अपनी अत्यधिक उच्च तापीय चालकता और उत्कृष्ट ढांकता हुआ ताकत के कारण हीरे को अगली पीढ़ी के एकीकृत सर्किट और पैकेजिंग के लिए एक अत्यधिक आशाजनक गर्मी अपव्यय सामग्री माना जाता है।

 

बैकएंड प्रोसेस (बीईओएल) निर्माण में, मौजूदा मेटल इंटरकनेक्ट संरचनाओं और डिवाइस के प्रदर्शन को नुकसान से बचाने के लिए सामग्री जमाव तापमान को आमतौर पर 450 डिग्री सेल्सियस या उससे नीचे नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, ऐसे कम तापमान की स्थिति में निरंतरता, कम दोष घनत्व और उच्च तापीय चालकता दोनों के साथ हीरे की फिल्में तैयार करना उद्योग और शिक्षा दोनों के लिए हमेशा एक चुनौती रही है।

 

हाल ही में, ताइवान में राष्ट्रीय चेंग कुंग विश्वविद्यालय में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स संस्थान के प्रोफेसर ज़ेंग योंगहुआ की टीम ने टीएसएमसी और अन्य के शोधकर्ताओं के साथ मिलकर कम तापमान (450 डिग्री) के लिए उपयुक्त माइक्रोवेव प्लाज्मा रासायनिक वाष्प जमाव (एमपीसीवीडी) डायमंड फिल्म तैयार करने की तकनीक का प्रस्ताव दिया, जिसमें 300 डब्लू/एम · के से अधिक तापीय चालकता है। शोध परिणाम का शीर्षक है "एमपीसीवीडी डायमंड थिन फिल्म्स एज़ हीट स्प्रेडर्स फॉर बैक एंड ऑफ द लाइन (बीईओएल) सिलिकॉन चिप फैब्रिकेशन" और डायमंड एंड रिलेटेड मटेरियल्स में प्रकाशित किया गया है।

 

कम तापमान की स्थिति के तहत हीरे की फिल्मों की तैयारी में तापीय चालकता में कमी के कारण छोटे अनाज के आकार और घने अनाज की सीमाओं की समस्या के जवाब में, अनुसंधान टीम ने समान रूप से वितरित 3 एनएम हीरे के बीजों को पेश करके सिलिकॉन सब्सट्रेट्स पर निरंतर और घने हीरे की फिल्मों का सफलतापूर्वक निर्माण किया। प्रयोगों से पता चला है कि उचित मात्रा में ग्रेफाइट घोल मिलाने से हीरे के बीज के दानों के विकास को बढ़ावा मिल सकता है और बीजों को प्लाज्मा में खोदने से रोका जा सकता है, जिससे फिल्म की गुणवत्ता और तापीय चालकता में सुधार होता है।

 

प्रक्रिया अनुकूलन के संदर्भ में, अनुसंधान टीम ने जोड़े गए ग्रेफाइट घोल की मात्रा को नियंत्रित करके हीरे की फिल्मों की मोटाई और अनाज के आकार को समायोजित किया। प्रयोगात्मक परिणामों से पता चलता है कि प्रारंभिक विकास चरण के दौरान थोड़ी मात्रा में ग्रेफाइट घोल जोड़ने से हीरे के दानों की तीव्र वृद्धि में काफी वृद्धि हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप फिल्म के लिए 50-100 एनएम की एक समान मोटाई होती है और उच्च तापीय चालकता (लगभग 300 W/m · K) बनी रहती है। विकास के समय के विस्तार के साथ, हीरे की फिल्मों के दाने का आकार और बढ़ जाता है, और तापीय चालकता भी तदनुसार बढ़ जाती है।

थर्मल प्रदर्शन परीक्षण टाइम डोमेन थर्मल रिफ्लेक्शन (टीडीटीआर) विधि का उपयोग करके आयोजित किया गया था, और परिणामों से पता चला कि हीरे की फिल्म की तापीय चालकता अनाज के आकार में वृद्धि के साथ बढ़ी, अंततः 200 - 300 एनएम की मोटाई तक पहुंच गई, और तापीय चालकता को लगभग 300 W/m · K पर बनाए रखा जा सकता है। पारंपरिक कम तापमान वाली हीरे की फिल्मों की तुलना में, अनुसंधान टीम की तकनीक ने कम तापमान पर फिल्मों की तापीय चालकता में सफलतापूर्वक सुधार किया है।

यह तकनीक न केवल बीईओएल प्रक्रिया की निम्न तापमान आवश्यकताओं को पूरा करती है, बल्कि व्यापक अनुप्रयोग संभावनाओं के साथ एक कुशल हीरा फिल्म तैयारी समाधान भी प्रदान करती है। डायमंड फिल्म, एक आदर्श गर्मी अपव्यय सामग्री के रूप में, भविष्य के सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग, 3डी एकीकृत सर्किट और उच्च-शक्ति सेमीकंडक्टर उपकरणों के थर्मल प्रबंधन में मजबूत तकनीकी सहायता प्रदान करेगी।