Az integrált áramkörök fejlődése kapcsán egyre többet hallani arról is, hogy hamarosan a ma széles körben alkalmazott, jól ismert CMOS technológia előbb-utóbb fizikai korlátaiba ütközik, és alkalmatlanná válik a rohamosan növekvő számítási teljesítményű chipek készítéséhez. A tudósok, mérnökök azonban nem titkolják, hogy a váltás nem is lesz olyan könnyű, hiszen a – hosszabb távon – szóba jöhető utódok, például a nanotechnológián, a kvantummechanikán alapuló vagy elektronok mellett fényjeleket is alkalmazó processzorokkal kapcsolatban sok esetben nem csupán műszaki-előállítási nehézségeket kell elhárítani, de még további alapkutatásokra is szükség van. Nem meglepő ennek fényében, hogy a folyó kutatások egy része a jelenlegi gyártástechnológiák továbbfejlesztésére, határaik kitolására irányul. Hogy csak néhány példát említsünk az utóbbi évtizedből, ilyen a feszített szilícium, illetve a szilícium-germánium alkalmazása, a tranzisztorok magas k állandójú kapuoxidjának bevezetése, az extrém ultraibolya, illetve immerziós fotolitográfiai eljárást használó gyártóberendezések kidolgozása, valamint a háromdimenziós chipfelépítés megvalósítása. A technológiai fejlesztések egyik éllovasa az IBM, amely most újabb eredményekről tudott beszámolni.
A Dan Edelstein által vezetett projekt célja a chipek méreteinek csökkentésével mind közelebb kerülő vezetékek szigetelésének javítása volt. A manapság használatos szilícium-dioxid egyre kevésbé felel meg az elvárásoknak, így a kutatók más anyagokkal kísérleteztek. Mivel a lehető legjobb szigetelést az anyaghiány, azaz a vákuum biztosítja, így ígéretesnek tűntek a porózus szerkezetű anyagok, melyekben minimálisra csökken az elektromos áram számára kínálkozó keresztmetszet. Ezek a szigetelők azonban üzemi körülmények között – főként a chipben termelődő hő miatt – nem bizonyultak stabilnak. Az IBM szakembereinek azonban egy új módszerrel sikerült kiiktatni minden anyagot a vezetékek közül, s az így kialakított vákuumszigetelés segítségével már most 35 százalékkal gyorsabb vagy 15 százalékkal kevesebb energiát igénylő chipet tudnak építeni.
Hagyományos szigetelőt tartalmazó chip metszete
A vezetékek között vákuumos üregek futnak
Az eljárás kissé félrevezető módon az airgap nevet kapta, noha levegő sincs jelen a chipek belsejébe mart üregekben. Fontos, hogy nem szükséges a meglévő gyártósorok átalakítása, csupán néhány lépéssel kell kiegészíteni az integrált áramkörök előállításának folyamatát. A megszokott módon felviszik a rézvezetékeket, közöttük a hagyományos szigetelőanyaggal. Erre egy vékony, kétféle molekulából felépülő kopolimer réteg kerül. A molekulák ellenőrzött körülmények között – itt konkrétan hő hatására – meghatározott alakot vesznek fel, így apró anyagcsöppek milliárdjai jönnek létre a rétegben. Az ún. önépítő anyagban keletkező csöppek mintegy 20 nanométer átmérőjűek, azaz ötször kisebbek azoknál a struktúráknál, melyeket a legfejlettebb lézeres litográfiai eljárással létre tudnának hozni. Maratással eltávolítják a cseppekbe gyűlt alkotórészt, majd az így előállt lyukakon keresztül kimaratják a szigetelőanyagot a rézvezetékek közül, melynek hiánya miatt vákuum keletkezik. Az önépítő polimerkeverék megalkotásához maga a természet szolgáltatta a mintákat, a molekulák bonyolult önszerveződésére lehetnek példák a hópelyhek, a kagylóhéjak vagy éppen a fogzománc anyaga.
Az airgap technológia használhatóságát nemcsak laboratóriumban bizonyították, az IBM East Fishkill-i üzemében már normál gyártósoron, 300 mm-es szilíciumszeletekkel is sikeres próbát tettek alkalmazására. A fejlesztők szerint az újítás 2009-re – a 32 nm csíkszélességű lapkák generációjának idejére – bevett, a tömegtermelésben is használt technológiává érik, és a gyártó partnerei (AMD, Toshiba, Sony és mások) számára is elérhető lesz.
