導讀
據比利時魯汶大學官網近日報道，該校與比利時微電子研究中心的研究人員們成功開發出一項芯片絕緣新技術。這項技術採用了由結構化的納米孔組成的金屬有機框架材料。從長遠來看，這種方法可用於開發尺寸更小、性能更強、能耗更低的芯片。
背景
如今，計算機芯片正越變越小。然而，這並不是什麼新鮮事，早在1965年，芯片製造商英特爾公司的創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）就作出了這一預測。摩爾定律指出，芯片（或者說集成電路）上的晶體管數目，每隔兩年就會增加一倍。後來，這個預測中的時間間隔被調整為18個月，但理論仍然成立。芯片越變越小，但其處理能力卻越變越強。如今，一顆芯片可以容納逾十億個晶體管。
導讀
據比利時魯汶大學官網近日報道，該校與比利時微電子研究中心的研究人員們成功開發出一項芯片絕緣新技術。這項技術採用了由結構化的納米孔組成的金屬有機框架材料。從長遠來看，這種方法可用於開發尺寸更小、性能更強、能耗更低的芯片。
背景
如今，計算機芯片正越變越小。然而，這並不是什麼新鮮事，早在1965年，芯片製造商英特爾公司的創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）就作出了這一預測。摩爾定律指出，芯片（或者說集成電路）上的晶體管數目，每隔兩年就會增加一倍。後來，這個預測中的時間間隔被調整為18個月，但理論仍然成立。芯片越變越小，但其處理能力卻越變越強。如今，一顆芯片可以容納逾十億個晶體管。
摩爾定律-集成電路芯片上晶體管數量（1976-2016）（圖片來源：維基百科）
可是，尺寸持續縮小也帶來了許多障礙。開關和電線如此緊密地封裝在一起，會產生更多的電阻，使得芯片發送信號的能耗更高。為了設計一個運行良好的芯片，你需要用絕緣物質將這些線相互分開，確保電信號不會受到干擾。然而，在納米尺度上，這並不是一項容易完成的任務。
創新
近日，比利時魯汶大學微生物和分子系統系教授 Rob Ameloot 領導的一項研究表明，一項新技術將會提供解決方案。他表示：“我們將金屬有機框架（MOF）用作絕緣物質。這些材料由金屬離子和有機分子組成。它們在一起形成了一種堅固的多孔晶體。”
技術
金屬有機框架，是由有機配體和金屬離子或團簇，通過配位鍵自組裝形成的具有分子內孔隙的有機-無機雜化材料。
導讀
據比利時魯汶大學官網近日報道，該校與比利時微電子研究中心的研究人員們成功開發出一項芯片絕緣新技術。這項技術採用了由結構化的納米孔組成的金屬有機框架材料。從長遠來看，這種方法可用於開發尺寸更小、性能更強、能耗更低的芯片。
背景
如今，計算機芯片正越變越小。然而，這並不是什麼新鮮事，早在1965年，芯片製造商英特爾公司的創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）就作出了這一預測。摩爾定律指出，芯片（或者說集成電路）上的晶體管數目，每隔兩年就會增加一倍。後來，這個預測中的時間間隔被調整為18個月，但理論仍然成立。芯片越變越小，但其處理能力卻越變越強。如今，一顆芯片可以容納逾十億個晶體管。
摩爾定律-集成電路芯片上晶體管數量（1976-2016）（圖片來源：維基百科）
可是，尺寸持續縮小也帶來了許多障礙。開關和電線如此緊密地封裝在一起，會產生更多的電阻，使得芯片發送信號的能耗更高。為了設計一個運行良好的芯片，你需要用絕緣物質將這些線相互分開，確保電信號不會受到干擾。然而，在納米尺度上，這並不是一項容易完成的任務。
創新
近日，比利時魯汶大學微生物和分子系統系教授 Rob Ameloot 領導的一項研究表明，一項新技術將會提供解決方案。他表示：“我們將金屬有機框架（MOF）用作絕緣物質。這些材料由金屬離子和有機分子組成。它們在一起形成了一種堅固的多孔晶體。”
技術
金屬有機框架，是由有機配體和金屬離子或團簇，通過配位鍵自組裝形成的具有分子內孔隙的有機-無機雜化材料。
MOF的分子結構（圖片來源：Tony Boehle Wikimedia）
MOF 是一種多功能的多孔納米材料，可用於存儲、分離、釋放、保護幾乎所有的東西。它具有以下重要特性：多孔、表面積大、結構和功能多樣性、不飽和金屬位點。這些特性使之具有強大的吸附功能和催化功能。
下圖為某種MOF的原理圖。圖中線條是有機連接橋，交叉點是金屬離子。黃球代表孔隙空間，可充滿液體或氣體。
導讀
據比利時魯汶大學官網近日報道，該校與比利時微電子研究中心的研究人員們成功開發出一項芯片絕緣新技術。這項技術採用了由結構化的納米孔組成的金屬有機框架材料。從長遠來看，這種方法可用於開發尺寸更小、性能更強、能耗更低的芯片。
背景
如今，計算機芯片正越變越小。然而，這並不是什麼新鮮事，早在1965年，芯片製造商英特爾公司的創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）就作出了這一預測。摩爾定律指出，芯片（或者說集成電路）上的晶體管數目，每隔兩年就會增加一倍。後來，這個預測中的時間間隔被調整為18個月，但理論仍然成立。芯片越變越小，但其處理能力卻越變越強。如今，一顆芯片可以容納逾十億個晶體管。
摩爾定律-集成電路芯片上晶體管數量（1976-2016）（圖片來源：維基百科）
可是，尺寸持續縮小也帶來了許多障礙。開關和電線如此緊密地封裝在一起，會產生更多的電阻，使得芯片發送信號的能耗更高。為了設計一個運行良好的芯片，你需要用絕緣物質將這些線相互分開，確保電信號不會受到干擾。然而，在納米尺度上，這並不是一項容易完成的任務。
創新
近日，比利時魯汶大學微生物和分子系統系教授 Rob Ameloot 領導的一項研究表明，一項新技術將會提供解決方案。他表示：“我們將金屬有機框架（MOF）用作絕緣物質。這些材料由金屬離子和有機分子組成。它們在一起形成了一種堅固的多孔晶體。”
技術
金屬有機框架，是由有機配體和金屬離子或團簇，通過配位鍵自組裝形成的具有分子內孔隙的有機-無機雜化材料。
MOF的分子結構（圖片來源：Tony Boehle Wikimedia）
MOF 是一種多功能的多孔納米材料，可用於存儲、分離、釋放、保護幾乎所有的東西。它具有以下重要特性：多孔、表面積大、結構和功能多樣性、不飽和金屬位點。這些特性使之具有強大的吸附功能和催化功能。
下圖為某種MOF的原理圖。圖中線條是有機連接橋，交叉點是金屬離子。黃球代表孔隙空間，可充滿液體或氣體。
（圖片來源：伯克利實驗室）
MOF 有望成為定義21世紀的新材料。它非常適合感知與捕捉微量濃度的物質，淨化水或空氣，或者用於存儲大量能量，製造性能更佳的電池以及能量存儲器件。
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據比利時魯汶大學官網近日報道，該校與比利時微電子研究中心的研究人員們成功開發出一項芯片絕緣新技術。這項技術採用了由結構化的納米孔組成的金屬有機框架材料。從長遠來看，這種方法可用於開發尺寸更小、性能更強、能耗更低的芯片。
背景
如今，計算機芯片正越變越小。然而，這並不是什麼新鮮事，早在1965年，芯片製造商英特爾公司的創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）就作出了這一預測。摩爾定律指出，芯片（或者說集成電路）上的晶體管數目，每隔兩年就會增加一倍。後來，這個預測中的時間間隔被調整為18個月，但理論仍然成立。芯片越變越小，但其處理能力卻越變越強。如今，一顆芯片可以容納逾十億個晶體管。
摩爾定律-集成電路芯片上晶體管數量（1976-2016）（圖片來源：維基百科）
可是，尺寸持續縮小也帶來了許多障礙。開關和電線如此緊密地封裝在一起，會產生更多的電阻，使得芯片發送信號的能耗更高。為了設計一個運行良好的芯片，你需要用絕緣物質將這些線相互分開，確保電信號不會受到干擾。然而，在納米尺度上，這並不是一項容易完成的任務。
創新
近日，比利時魯汶大學微生物和分子系統系教授 Rob Ameloot 領導的一項研究表明，一項新技術將會提供解決方案。他表示：“我們將金屬有機框架（MOF）用作絕緣物質。這些材料由金屬離子和有機分子組成。它們在一起形成了一種堅固的多孔晶體。”
技術
金屬有機框架，是由有機配體和金屬離子或團簇，通過配位鍵自組裝形成的具有分子內孔隙的有機-無機雜化材料。
MOF的分子結構（圖片來源：Tony Boehle Wikimedia）
MOF 是一種多功能的多孔納米材料，可用於存儲、分離、釋放、保護幾乎所有的東西。它具有以下重要特性：多孔、表面積大、結構和功能多樣性、不飽和金屬位點。這些特性使之具有強大的吸附功能和催化功能。
下圖為某種MOF的原理圖。圖中線條是有機連接橋，交叉點是金屬離子。黃球代表孔隙空間，可充滿液體或氣體。
（圖片來源：伯克利實驗室）
MOF 有望成為定義21世紀的新材料。它非常適合感知與捕捉微量濃度的物質，淨化水或空氣，或者用於存儲大量能量，製造性能更佳的電池以及能量存儲器件。
由MOF材料做成的水分採集裝置（圖片來源：Hyunho Kim/麻省理工學院）
史上首次，比利時魯汶大學與比利時微電子研究中心將 MOF 絕緣應用於電子材料。
魯汶大學微生物與分子系統系博士後研究員 Mikhail Krishtab 表示，他們在這項技術中採用了一種稱為“化學氣相沉積”的工業方法。他說：“首先，我們將氧化物薄膜放置到表面上。然後，我們讓它與有機材料的蒸汽起反應。這種反應使得材料膨脹，形成納米多孔晶體。”
Krishtab 表示：“這種方法的主要優勢就是它的自下而上。我們首先沉積了氧化物薄膜，然後它膨脹到非常多孔的金屬有機框架材料上。你可以將它比作蛋奶酥；它在烤箱裡膨脹然後變得非常輕。金屬有機框架材料形成了一種多孔結構，該結構充滿了導體之間的所有間隙。這就是絕緣完整且均勻的原因。其他自上而下的方法，總是會有在絕緣中存在小間隙的風險。”
下圖所示，體積膨脹伴隨著氧化物向 MOF 轉變的過程，實現了納米溝槽的無縫填充。
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據比利時魯汶大學官網近日報道，該校與比利時微電子研究中心的研究人員們成功開發出一項芯片絕緣新技術。這項技術採用了由結構化的納米孔組成的金屬有機框架材料。從長遠來看，這種方法可用於開發尺寸更小、性能更強、能耗更低的芯片。
背景
如今，計算機芯片正越變越小。然而，這並不是什麼新鮮事，早在1965年，芯片製造商英特爾公司的創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）就作出了這一預測。摩爾定律指出，芯片（或者說集成電路）上的晶體管數目，每隔兩年就會增加一倍。後來，這個預測中的時間間隔被調整為18個月，但理論仍然成立。芯片越變越小，但其處理能力卻越變越強。如今，一顆芯片可以容納逾十億個晶體管。
摩爾定律-集成電路芯片上晶體管數量（1976-2016）（圖片來源：維基百科）
可是，尺寸持續縮小也帶來了許多障礙。開關和電線如此緊密地封裝在一起，會產生更多的電阻，使得芯片發送信號的能耗更高。為了設計一個運行良好的芯片，你需要用絕緣物質將這些線相互分開，確保電信號不會受到干擾。然而，在納米尺度上，這並不是一項容易完成的任務。
創新
近日，比利時魯汶大學微生物和分子系統系教授 Rob Ameloot 領導的一項研究表明，一項新技術將會提供解決方案。他表示：“我們將金屬有機框架（MOF）用作絕緣物質。這些材料由金屬離子和有機分子組成。它們在一起形成了一種堅固的多孔晶體。”
技術
金屬有機框架，是由有機配體和金屬離子或團簇，通過配位鍵自組裝形成的具有分子內孔隙的有機-無機雜化材料。
MOF的分子結構（圖片來源：Tony Boehle Wikimedia）
MOF 是一種多功能的多孔納米材料，可用於存儲、分離、釋放、保護幾乎所有的東西。它具有以下重要特性：多孔、表面積大、結構和功能多樣性、不飽和金屬位點。這些特性使之具有強大的吸附功能和催化功能。
下圖為某種MOF的原理圖。圖中線條是有機連接橋，交叉點是金屬離子。黃球代表孔隙空間，可充滿液體或氣體。
（圖片來源：伯克利實驗室）
MOF 有望成為定義21世紀的新材料。它非常適合感知與捕捉微量濃度的物質，淨化水或空氣，或者用於存儲大量能量，製造性能更佳的電池以及能量存儲器件。
由MOF材料做成的水分採集裝置（圖片來源：Hyunho Kim/麻省理工學院）
史上首次，比利時魯汶大學與比利時微電子研究中心將 MOF 絕緣應用於電子材料。
魯汶大學微生物與分子系統系博士後研究員 Mikhail Krishtab 表示，他們在這項技術中採用了一種稱為“化學氣相沉積”的工業方法。他說：“首先，我們將氧化物薄膜放置到表面上。然後，我們讓它與有機材料的蒸汽起反應。這種反應使得材料膨脹，形成納米多孔晶體。”
Krishtab 表示：“這種方法的主要優勢就是它的自下而上。我們首先沉積了氧化物薄膜，然後它膨脹到非常多孔的金屬有機框架材料上。你可以將它比作蛋奶酥；它在烤箱裡膨脹然後變得非常輕。金屬有機框架材料形成了一種多孔結構，該結構充滿了導體之間的所有間隙。這就是絕緣完整且均勻的原因。其他自上而下的方法，總是會有在絕緣中存在小間隙的風險。”
下圖所示，體積膨脹伴隨著氧化物向 MOF 轉變的過程，實現了納米溝槽的無縫填充。
（圖片來源：Ameloot 研究小組）
價值
Ameloot 教授的研究小組收到了歐洲研究委員會概念驗證經費，與 Silvia Armini（他來自比利時微電子研究中心團隊，該團隊致力於為納米芯片開發先進介電材料。）合作進一步開發這項技術。Ameloot 教授表示：“在比利時微電子研究中心，我們擁有專業知識來開發基於晶圓的方案，將這些技術從實驗室擴展到量產，為微電子工業實現一種可製造的解決方案。”
Ameloot 繼續表示：“我們已經展示了金屬有機材料具有正確的特性。現在，我們就必須進行精加工。目前，晶體表面仍然不平整。我們必須使之變光滑，從而將這種材料集成到芯片中。”
這項技術一旦得以完善，就可用於製造尺寸小、性能強、功耗低的芯片。Ameloot 表示：“各種各樣的人工智能應用需要許多的處理能力，例如無人駕駛汽車與智慧城市。技術公司一直在尋找既快速又節能的新解決方案。我們的研究將對新一代芯片作出寶貴的貢獻。”
關鍵字
MOF、芯片、材料
參考資料
【1】Mikhail Krishtab, Ivo Stassen, Timothée Stassin, Alexander John Cruz, Oguzhan Orkut Okudur, Silvia Armini, Chris Wilson, Stefan De Gendt, Rob Ameloot. Vapor-deposited zeolitic imidazolate frameworks as gap-filling ultra-low-k dielectrics. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-11703-x
【2】https://nieuws.kuleuven.be/en/content/2019/new-insulation-technique-paves-the-way-for-more-powerful-and-smaller-chips