IBM: a létező legjobb szigetelő a 32 nanométeres processzorokban
A létező legjobb szigetelést, vákuumot használ majd 32 nanométeres csíkszélességű chipjeinek gyártásához az IBM. A Nagy Kék kutatói szerint az Airgap technológiának köszönhetően a lapkák teljesítménye 35 százalékkal is nőhet, vagy a fogyasztásuk csökkenhet akár 15 százalékkal. Az eljárást az IBM-mel szoros gyártástechnológiai kapcsolatot ápoló AMD és a Toshiba is használhatja majd.
A legjobb szigetelő a vákuum
A modern chipekben az egyik legnagyobb problémát a vezetékek közötti szigetelés okozza. Ahogy a csíkszélesség csökken és a chipek egyre zsugorodnak, a vezetékek közti szigetelőréteg is vékonyodik, ezért olyan anyagok használatára van szükség, amelyek még pár atom vastagságú rétegben is megfelelően szigetelnek. A manapság széles körben használt szilícium-dioxid dielektromos állandója 3,9, a cél ennél kisebb dielektromos állandójú szigetelő bevezetése. A tudósok már régóta kísérleteztek különféle porózus anyagokkal, amelyek dielektromos állandója 2-nél is kisebb, azonban az eddigi próbálkozások kudarcot vallottak, a porózus szigetelők a chipben fejlődő hő hatására eltörtek. A levegő dielektromos állandója 1,0005, a vákuumé pedig (definíció szerint) 1.
A vákuummal történő szigeteléshez a természetben sokszor megfigyelt jelenséget használt fel az IBM. Az olyan önépítő struktúrák, mint amilyen a hópehely, a tengeri kagyló vagy a fogzománc minden példánya más és más, a Nagy Kék kutatómérnökeinek olyan önépítő nanostruktúrát sikerült létrehoznia, amely minden alkalommal ugyanúgy épül fel, ezáltal chipek milliói állíthatók elő a segítségével. A vállalat nem csak azt fedezte fel, hogyan lehet egyforma nanoméretű önépítő struktúrákat előállítani, hanem azt is, hogy ez az eljárás hogyan vezethető be a chipgyártásban anélkül, hogy a meglevő berendezéseket le kellene cserélni. A cég állítása szerint az általuk kifejlesztett technológiát bármelyik CMOS-gyártósoron alkalmazni lehet. Ennek demonstrálására az IBM néhány Power6 processzort is legyártott vákuumos szigeteléssel.
Az IBM által kifejlesztett önépítő anyag összetétele természetesen szigorúan titkos. A megfelelő polimer-keveréket lényegében rá kell önteni a vezetékeket és köztük szigetelőanyagot már tartalmazó szilíciumszeletre, majd kiégetni. Az égetés során a kopolimerben 20 nanométer átmérőjű egyforma pöttyök milliárdjai jönnek létre. A következő lépésben a pöttyöket lemaratják, így egy vékony, lyukacsos felület áll elő, majd a lyukakon át a vezetékek közötti szigetelést is lemaratják -- így keletkezik a vákuum a vezetékek között.
Egyszerű mint az egyszeregy
Az önépítő anyagokkal és a szigetelőkkel kapcsolatos kutatás párhuzamosan, egymástól függetlenül zajlott az IBM-nél. Hogy a vákuumot szigetelőként lehet használni, arra Dan Edelstein, a Nagy Kék egyik vezető tudósa jött rá. Edelstein nevéhez több félvezetőipari tudományos áttörés is köthető, a 90-es években például ő fedezte fel hogy a chipekben az alumíniumból készült vezetékeket hogyan lehet rézvezetékkel leváltani, növelve a sebességet és csökkentve a fogyasztást. Eselstein saját bevallása szerint olvasta Chuck Black publikációit az önépítő polimerről, ezután már "minden egyszerű volt mint az egyszeregy".