磷化鈮薄膜在超薄線路製造中展現潛力

科技日報北京1月14日電 （記者張夢然）據發表在《科學》雜誌上的一項最新研究，美國斯坦福大學研究人員首次發現一種非晶體材料磷化鈮，在製造芯片上的超薄線路時，只有幾個原子厚的磷化鈮薄膜導電能力比銅更好。此外，這種薄膜可在較低温度下沉積生產，與現代計算機芯片相兼容。這種新材料在未來的納米電子學領域極具潛力，有望帶來功能更強、更節能的電子產品，幫助解決當前電子產品中的電力和能耗問題。

隨着計算機芯片越來越小、越來越複雜，在芯片中傳輸電信號的超薄金屬線已成為一個薄弱環節。隨着線路更細更薄，標準金屬線的導電能力會變差，最終限制納米級電子產品的尺寸、效率和性能。

而新型導體磷化鈮是拓撲半金屬，其整個材料都可導電，但外表面比中間導電性更好。隨着磷化鈮薄膜變薄，中間部分收縮，但其表面積不變甚至更大，更好的表面導電能力使整個材料成為更好的導體。另一方面，銅等傳統金屬一旦薄於50納米，導電能力會變得更差。

研究人員發現，即使在室温下工作，磷化鈮在薄膜厚度低於5納米時，導電性也比銅更好。在這種尺寸下，銅線難以跟上快速發射的電信號，並耗散更多的熱能。

此前，研究人員一直在尋找可用於納米電子領域的導電材料，但到目前為止，最好的候選材料都有極其精確的晶體結構，要在非常高温度下才能形成。此次研究製造的磷化鈮薄膜，有望成為更理想的導體，也為探索利用其他拓撲半金屬製造超薄電路鋪平了道路。

研究顯示，磷化鈮薄膜可在相對較低温度下形成。在400℃下，研究人員可將磷化鈮沉積為薄膜，這一温度可避免損壞或破壞現有的硅計算機芯片。

研究人員指出，磷化鈮薄膜並不會快速取代所有計算機芯片中的銅，在製造較厚線路和電線時，銅仍然是更好的選擇，而磷化鈮更適用於最薄處的連接。

【總編輯圈點】

一般來説，金屬線在導電這件事上只能“以胖為美”，如果線變細，導電性能就會變差。在一切小型化的今天，超薄金屬線的導電能力就成了問題。但新型導體磷化鈮不一樣，它“越細越吃香”，即使薄如蟬翼，導電能力也比常用的銅更好。而且，磷化鈮薄膜可以在較低温度下形成，能與現有芯片材料“和平共處”。我們可以在計算機芯片中進行小規模的材料更新，將磷化鈮用於最薄處的連接，以製造性能更高和更節能的納米級電子產品。