নিম্ন তাপমাত্রা ডায়মন্ড ফিল্ম সেমিকন্ডাক্টর তাপ অপচয় বাড়ায়

উচ্চ-পারফরম্যান্স কম্পিউটিং, উচ্চ-শক্তির ইলেকট্রনিক ডিভাইস, এবং উন্নত প্যাকেজিং প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশের সাথে, চিপ তাপ অপচয় সিস্টেমের কার্যকারিতা এবং নির্ভরযোগ্যতা সীমাবদ্ধ করার একটি মূল বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে। অত্যন্ত উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এবং চমৎকার অস্তরক শক্তির কারণে পরবর্তী প্রজন্মের ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট এবং প্যাকেজিংয়ের জন্য হীরাকে অত্যন্ত প্রতিশ্রুতিশীল তাপ অপচয়কারী উপাদান হিসাবে বিবেচনা করা হয়।

 

ব্যাক-এন্ড প্রসেস (BEOL) ম্যানুফ্যাকচারিংয়ে, বিদ্যমান মেটাল ইন্টারকানেক্ট স্ট্রাকচার এবং ডিভাইসের পারফরম্যান্সের ক্ষতি এড়াতে উপাদান জমা করার তাপমাত্রা সাধারণত 450 ডিগ্রি সেলসিয়াস বা তার নিচে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন। যাইহোক, এই ধরনের নিম্ন তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে ধারাবাহিকতা, কম ত্রুটির ঘনত্ব এবং উচ্চ তাপ পরিবাহিতা উভয়ের সাথে হীরার ফিল্ম প্রস্তুত করা সবসময়ই শিল্প এবং একাডেমিয়া উভয়েরই একটি চ্যালেঞ্জ ছিল।

 

সম্প্রতি, তাইওয়ানের ন্যাশনাল চেং কুং ইউনিভার্সিটির মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্স ইনস্টিটিউটের অধ্যাপক জেং ইয়ংহুয়ার দল টিএসএমসি এবং অন্যদের গবেষকদের সাথে সহযোগিতা করে একটি মাইক্রোওয়েভ প্লাজমা রাসায়নিক বাষ্প জমা (MPCVD) ডায়মন্ড ফিল্ম তৈরির কৌশল যা নিম্ন তাপমাত্রার (450 ডিগ্রি) জন্য উপযুক্ত। শিরোনাম "MPCVD ডায়মন্ড থিন ফিল্মস অ্যাজ হিট স্প্রেডার্স ফর ব্যাক এন্ড অফ দ্য লাইন (BEOL) সিলিকন চিপ ফ্যাব্রিকেশন" এবং এটি ডায়মন্ড অ্যান্ড রিলেটেড ম্যাটেরিয়ালসে প্রকাশিত হয়েছে।

 

ছোট শস্যের আকার এবং ঘন শস্যের সীমানাগুলির সমস্যার প্রতিক্রিয়া হিসাবে নিম্ন তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে হীরার ছায়াছবি তৈরিতে তাপ পরিবাহিতা হ্রাস পায়, গবেষণা দল সফলভাবে সিলিকন স্তরগুলিতে অবিচ্ছিন্ন এবং ঘন হীরার ফিল্মগুলি তৈরি করে যা সমানভাবে বিতরণ করা 3 এনএম হীরার বীজ প্রবর্তন করে। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে উপযুক্ত পরিমাণে গ্রাফাইট স্লারি যোগ করা হীরার বীজ শস্যের বৃদ্ধিকে উন্নীত করতে পারে এবং বীজগুলিকে প্লাজমাতে খোদাই করা থেকে আটকাতে পারে, যার ফলে ফিল্মের গুণমান এবং তাপ পরিবাহিতা উন্নত হয়।

 

প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশান পরিপ্রেক্ষিতে, গবেষণা দল গ্রাফাইট স্লারি যোগ করা পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ করে ডায়মন্ড ফিল্মের বেধ এবং শস্যের আকার সমন্বয় করেছে। পরীক্ষামূলক ফলাফলগুলি দেখায় যে প্রাথমিক বৃদ্ধির পর্যায়ে অল্প পরিমাণে গ্রাফাইট স্লারি যোগ করা হীরার শস্যের দ্রুত বৃদ্ধিকে উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করতে পারে, যার ফলে ফিল্মের জন্য 50-100 এনএম একটি অভিন্ন বেধ এবং একটি উচ্চ তাপ পরিবাহিতা (প্রায় 300 W/m · K) বজায় থাকে। বৃদ্ধির সময় বৃদ্ধির সাথে সাথে, হীরার ফিল্মের শস্যের আকার আরও বৃদ্ধি পায় এবং তাপ পরিবাহিতাও সেই অনুযায়ী বৃদ্ধি পায়।

টাইম ডোমেন থার্মাল রিফ্লেকশন (TDTR) পদ্ধতি ব্যবহার করে তাপীয় কার্যক্ষমতা পরীক্ষা করা হয়েছিল, এবং ফলাফলগুলি দেখায় যে হীরা ফিল্মের তাপ পরিবাহিতা শস্যের আকার বৃদ্ধির সাথে বৃদ্ধি পায়, শেষ পর্যন্ত 200-300 nm বেধে পৌঁছে এবং তাপ পরিবাহিতাকে রক্ষণাবেক্ষণ করা যেতে পারে প্রায় 0 K/3 এর সাথে কম তাপমাত্রায়। ডায়মন্ড ফিল্ম, গবেষণা দলের প্রযুক্তি সফলভাবে কম তাপমাত্রায় ছায়াছবির তাপ পরিবাহিতা উন্নত করেছে।

এই প্রযুক্তিটি কেবলমাত্র BEOL প্রক্রিয়ার নিম্ন-তাপমাত্রার প্রয়োজনীয়তাই মেটায় না, বরং বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা সহ একটি দক্ষ ডায়মন্ড ফিল্ম প্রস্তুতির সমাধানও প্রদান করে। ডায়মন্ড ফিল্ম, একটি আদর্শ তাপ অপচয়কারী উপাদান হিসাবে, উচ্চ-পারফরম্যান্স কম্পিউটিং, 3D ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট এবং উচ্চ-শক্তির সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলির তাপ ব্যবস্থাপনায় ভবিষ্যতের সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের জন্য শক্তিশালী প্রযুক্তিগত সহায়তা প্রদান করবে।