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清大研究登上《Science》採用奈米雙晶 電子產品長壽10倍
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星火
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2008.08.23  中國時報
陳至中/台北報導

     電子產品用久了容易故障,其中一項原因是電路導線的銅原子在電流影響下擴散遷移、形成孔洞,導致斷路或短路。清大一項研究發現,「奈米雙晶」的結構可有效減緩該情形,密度達五奈米便可延長十倍壽命。該研究於二十二日登上國際頂尖期刊《Science》(科學),振奮台灣學界。

     工程領域論文鮮少登上《Science》,台灣三十年來只出現兩篇,以半導體產業相關研究而論,這篇是第一篇,相當難得。

     清大材料系教授、中研院院士陳力俊與廖建能、吳文偉等人組成的研究小組,運用「臨場超高真空穿透式電子顯微鏡」,領先全球發現,銅原子在晶界的擴散行為會受到「奈米雙晶」結構(Twin-Modified Grain Boundaries)影響,產生遲滯現象。未來若能將該結構導入積體電路晶片中的銅導線,可延長使用壽命,也有助將電子產品做得更輕薄短小。

     銅導線目前普遍用在各電子產品中,但學界發現,導線中的銅原子在高密度電流作用下,會產生「遷移」現象,使導線耗損。廖建能表示,該作用就像河流沖刷泥沙,帶往下游,上游的泥沙漸漸不夠,形成「孔洞」。隨著時間孔洞越來越大,最終造成斷路,影響產品壽命。

     目前的做法是預留一段銅導線供「沖刷」,藉此延長壽命。但電子產品越做越小,電路也越小越好,亟需導入新技術。清大團隊採用「奈米雙晶」結構,廖建能形容,一般銅導線中原子的遷移像是「跑百米」,從起點一路衝到終點;加上奈米雙晶,就像「百米跨欄」,每隔一段路途就得減緩以跨過障礙。

     研發團隊推估,若將銅導線布滿雙晶結構,密度達五奈米,原子遷移速度約是原本的十分之一,也就是能增加約十倍壽命。陳力俊開玩笑說,密度如此之高,就不只是「跨欄」,而是「撐竿跳」了!目前台積電等大廠都對此表達高度興趣。


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