Вченим компанії IBM вдалося вперше скласти теплові карти

На конференції IEDM (IEEE International Electron Devices Meeting 2016), яка проходила з 5 по 7 грудня 2016 року в Сан-Франциско, представники компанії IBM продемонстрували новий метод, що дозволяє отримати високоточні карти температури поверхонь мікроелектронних пристроїв суб-14-нм масштабу.

Цей метод, заснований на вимірюванні теплового опору в кожній точці поверхні, допоможе дослідникам виявити місця локального перегріву при роботі нанорозмірних транзисторів і елементів пам’яті, що, в свою чергу, дозволить оперативно внести відповідні зміни в їх конструкцію.

“Вимірювання температури в таких малих масштабах є дуже складним завданням. Проблема схожа на те, що при дотику рукою до поверхні дерева або металу, наприклад, ви отримаєте різні відчуття навіть за умови, що температура обох матеріалів однакова” – розповідає Бернд Гоцман (Bernd Gotsmann ), дослідник з лабораторії IBM Lab в Цюріху, – “Ці різні відчуття виникають через різницю в значенні теплового опору двох матеріалів”.

Для вирішення цієї проблеми дослідники IBM обладнали наконечник атомно-силового мікроскопа крихітним датчиком температури і не менш крихітним спрямованим джерелом тепла. Така комбінація дозволяє не тільки визначити температуру в досліджуваній точці поверхні, але і виміряти тепловий опір матеріалу і провести всі необхідні корекції.

На першому етапі термодатчик вимірює реальну температуру точки поверхні. Але найцікавіше починається на другому етапі, коли включається джерело тепла. Температура на цій ділянці піднімається, датчик реєструє це зміна, і система за цими даними вираховує значення питомої теплового опору матеріалу в даній точці.

Повторюючи цей процес, атомно-силовий мікроскоп поступово становить теплову карту поверхні мікроелектронного пристрою. На складання теплової карти одного 10-нм пристрої зараз витрачається близько двох хвилин часу. А роздільна здатність даної технології становить менше одного нанометра і її досить для виявлення гарячих точок на поверхні пристроїв. Ці дані, як уже згадувалося вище, використовуються конструкторами для усунення “вузьких” місць, що, в свою чергу, робить проектовані пристрої більш надійними і здатними пропрацювати більше довгий час без виходу з ладу.

В даний час фахівці компанії IBM вже використовують цю технологію в справі проектування нових транзисторів і елементів пам’яті суб-10-нм масштабів. І в міру готовності ліцензії на дані пристрої будуть передані зацікавленим в них виробникам електроніки і чіпів, які зможуть створювати на їх базі нові швидкодіючі, ефективні та енергозберігаючі кінцеві рішення.