На конференции IEDM (IEEE International Electron Devices Meeting 2016), которая проходила с 5 по 7 декабря 2016 года в Сан-Франциско, представители компании IBM продемонстрировали новый метод, позволяющий получить высокоточные карты температуры поверхностей микроэлектронных устройств суб-14-нм масштаба. Этот метод, основанный на измерении теплового сопротивления в каждой точке поверхности, поможет исследователям выявить места локального перегрева при работе наноразмерных транзисторов и ячеек памяти, что, в свою очередь, позволит оперативно внести соответствующие изменения в их конструкцию.

«Измерение температуры в столь малых масштабах является очень сложной задачей. Проблема подобна тому, что при прикосновении рукой к поверхности дерева или металла, к примеру, вы получите различные ощущения даже при условии, что температура обоих материалов одинакова» – рассказывает Бернд Гоцман (Bernd Gotsmann), исследователь из лаборатории IBM Lab в Цюрихе, – «Эти разные ощущения возникают из-за разницы в значении теплового сопротивления двух материалов».

Для решения этой проблемы исследователи IBM оборудовали наконечник атомно-силового микроскопа крошечным датчиком температуры и не менее крошечным направленным источником тепла. Такая комбинация позволяет не только определить температуру в исследуемой точке поверхности, но и измерить тепловое сопротивление материала и произвести все необходимые коррекции.

На первом этапе термодатчик измеряет реальную температуру точки поверхности. Но самое интересное начинается на втором этапе, когда включается источник тепла. Температура на этом участке поднимается, датчик регистрирует это изменение, и система по этим данным высчитывает значение удельного теплового сопротивления материала в данной точке.

Повторяя этот процесс, атомно-силовой микроскоп постепенно составляет тепловую карту поверхности микроэлектронного устройства. На составление тепловой карты одного 10-нм устройства сейчас тратится около двух минут времени. А разрешающая способность данной технологии составляет менее одного нанометра и ее достаточно для выявления горячих точек на поверхности устройств. Эти данные, как уже упоминалось выше, используются конструкторами для устранения «узких» мест, что, в свою очередь, делает проектируемые устройства более надежными и способными проработать более долгое время без выхода из строя.

В настоящее время специалисты компании IBM уже используют данную технологию в деле проектирования новых транзисторов и ячеек памяти суб-10-нм масштабов. И по мере готовности лицензии на данные устройства будут переданы заинтересованным в них производителям электроники и чипов, которые смогут создавать на их базе новые быстродействующие, эффективные и энергосберегающие конечные решения.