استفاده از نانولوله‌های کربنی درالکترونیک سه‌بعدی


نتایج همایش نهایی پروژه NanoCap

محققان دانشگاه چالمرز نشان داده‌اند که می‌توان دو
تراشه‌ی کنار هم را به‌صورت عمودی و با استفاده از ویاس (vias) نانولوله
کربنی به یکدیگر متصل کرد. این روش جدید امکان یکپارچه‌سازی سه‌بعدی مدارات
را که یکی از نویدبخش‌ترین راهکارهای کوچک‌سازی و بهبود عملکرد قطعات
الکترونیکی به‌شمار می‌رود، فراهم می‌کند.

یکپارچه‌سازی سه‌بعدی یکی از
زمینه‌های تحقیقاتی داغ در زمینه الکترونیک است، زیرا روش جدیدی برای کنار
هم قرار دادن فشرده قطعات، و در نتیجه تولید واحدهای کوچک با عملکرد خوب
محسوب می‌شود. زمانی که تراشه‌ها به‌صورت عمودی کنار هم قرار داده می‌شوند،
موثرترین راه اتصال آنها به یکدیگر استفاده از اتصالات الکتریکی عمودی است
که از این تراشه‌ها رد می‌شوند (به جای استفاده از سیم)؛ این اتصالات عمودی
به‌نام through-silicon vias یا ویاس سیلیکون نامیده می‌شوند.

در صنعت
از مس برای این منظور استفاده می‌شود؛ با این حال مس معایبی دارد که
اطمینان‌پذیری قطعات الکترونیکی سه‌بعدی را محدود می‌کند. مشکل دیگر خنک
کردن این تراشه‌ها هنگام داغ شدن آنهاست. کیفیت حرارتی استثنائی
نانولوله‌های کربنی می‌تواند در این زمینه مفید باشد.

به‌همین دلیل
گروهی از محققان دانشگاه چالمرز روی نانولوله‌های کربنی به‌عنوان ماده
رسانا برای ویاس سیلیکون کار می‌کنند. اگر بتوان نانولوله‌های کربنی را در
مقیاس وسیع مورد استفاده قرار داد، در آینده به مطمئن‌ترین ماده رسانا
تبدیل خواهند شد. این نظر کجل کپسون، یکی از اعضای این گروه تحقیقاتی است.

این محققان نشان داده‌اند که می‌توان دو تراشه را به‌صورت عمودی و با
استفاده از نانولوله‌های کربنی به‌عنوان ویاس سلیکونی به یکدیگر متصل
کرد. آنها همچنین نشان داده‌اند که به‌همین روش امکان اتصال میان تراشه و
بسته وجود دارد.
 


تنگ وانگ، دانشجوی دکترای این دانشگاه روی این پروژه کار کرده است. او
روشی برای پر کردن ویاس سیلیکونی با هزاران نانولوله کربنی ابداع کرده است.
در مرحله بعد تراشه‌ها با چسب به یکدیگر پیوند داده شده و در نتیجه
نانولوله‌های کربنی به‌صورت مستقیم در تماس بوده و می‌توانند جریان را از
طریق تراشه‌ها هدایت نمایند.
وانگ می‌گوید: «یکی از مشکلات این کار
تولید نانولوله‌های کربنی با ویژگی‌های کامل و با طول مورد نیاز برای عبور
از تراشه است. ما نانولوله‌هایی با طول 200 میکرومتر و قطر 10 نانومتر
تولید کرده‌ایم. با این هنوز ویژگی‌های آنها کامل و بی‌نقص نیست».
برای
انتقال این روش به صنعت، دمای تولید باید تا حد 450 درجه سانتی‌گراد کاهش
یابد. این یک چالش بزرگ است، زیرا کمترین دمایی که در حال حاضر نانولوله‌ها
برای رشد نیاز دارند، 700 درجه است.
جزئیات این کار در مجله Small منتشر
شده است.