Пленка из дисульфида вольфрама имеет толщину всего 0,7 нанометра и защищает крошечные медные проводники внутри чипов.

Согласно традиционной инженерной логике, для выполнения двух функций — адгезии и изоляции — требовались два совершенно разных материала. Как один слой атомов может заменить громоздкую многослойную конструкцию? Это происходит благодаря продуманному структурному лабиринту.

С помощью передовых методов компьютерного моделирования на химическом факультете Национального университета Сингапура выяснили, что пленка дисульфида вольфрама (WS2) растет в виде хаотичной поликристаллической структуры. Она состоит из крошечных микроскопических зерен. При наложении друг на друга эти зерна не совпадают.

«Расчеты показали, что поликристаллическая структура этих пленок, которая на первый взгляд может показаться недостатком по сравнению с идеальным монокристаллом, на самом деле является преимуществом. Случайная ориентация зерен между слоями создает лабиринт, в котором атомам меди сложно перемещаться», — сказал профессор Ричард Вонг с химического факультета Национального университета Сингапура, который также является содиректором корпоративной лаборатории.

«Это дает нам возможность использовать принцип проектирования, при котором мы формируем зернистую структуру для оптимизации барьерных свойств, а не стремимся к идеальной кристаллической структуре», — добавил Вонг.

Такое случайное расположение создает извилистый барьер, а не прямой путь. В результате перекрывающиеся границы удерживают атомы меди в структурном лабиринте, не давая им просачиваться наружу.

При тестировании в условиях интенсивной обработки атомарный щит WS2 показал отличные результаты. Он снизил электрическое сопротивление в миллион раз, увеличив пропускную способность 20-нанометрового медного провода до 70 процентов.
Кроме того, этот метод увеличил прогнозируемый срок службы проводников более чем в 10 раз при экстремальных электрических нагрузках.

Метод увеличил прогнозируемый срок службы проводов более чем в 10 раз при экстремальных электрических нагрузках.

Этот метод — первый, который одновременно соответствует всем четырем строгим отраслевым производственным стандартам: низкотемпературное исполнение, равномерное покрытие по всей площади пластины, контроль толщины на атомном уровне и более 95 % конформного покрытия в глубоких и узких канавках.