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Topological semimetals for ultra-efficient electrical interconnects

Projektbeschreibung

Lösung des Kupferengpasses bei Siliziumchips

Mit der Miniaturisierung der Transistoren können Kupferdrähte im Inneren der Siliziumchips kaum noch mithalten. Diese Drähte, sogenannte Verbindungsleitungen, übertragen Signale zwischen den Komponenten. Im Nanobereich steigt ihr elektrischer Widerstand. Diese Veränderung führt zur Verlangsamung der Schaltkreise sowie Leistungsverlusten in Form von Wärme. Der sich daraus ergebende Engpass gefährdet die Zukunft fortschrittlicher Computertechnologie. Das vom EIC finanzierte TICON-Projekt plant, diese Einschränkung durch die Verwendung topologischer Halbmetalle zu beheben. Diese neuen Materialien leiten den Strom vorwiegend entlang ihrer Oberflächen. Dadurch wird der Elektronenfluss aufrechterhalten, indem auch bei Dimensionen im Nanometerbereich ein niedriger Widerstand beibehalten und die Streuung reduziert wird. Das Projekt zielt darauf ab, hochwertige Dünnschichten dieser Metalle zu entwickeln und deren Oberflächen so zu bearbeiten, dass die Stromübertragung verbessert wird. Außerdem wird die Kompatibilität dieser Materialien mit Standardverfahren der Siliziumfertigung gewährleistet.

Ziel

Moore's law dictates that the number of transistors in a Si CMOS integrated circuit will double every other year through size reductions that result in improved devices with smaller footprints. However, smaller transistors and greater transistor density also requires smaller interconnect copper metal wires to connect billions of transistors together. The issue is that metal wires, in contrast to transistors, show degraded performance when reduced in size. This has resulted in an interconnect bottleneck, i.e. the situation when overall circuit performance is determined by interconnect delays, rather than transistor performance, and is one of the most serious challenges facing CMOS scaling today. By 2030, the interconnect linewidth will reach below 10 nm. At that point, Cu shows exponentially increasing resistivity due to surface and grain scattering, which will result in significantly increased delays and power dissipation. The solution to this issue is to develop new interconnect materials with improved properties at technologically relevant dimensions. This is the goal of the TICON project.

The long-term vision of TICON is to replace scaled Cu interconnects in CMOS technologies with topological semimetals, a class of materials where electrical currents are dominated by surface states that exhibit protection from scattering. Several experimental reports now exist showing the extraordinary scaling properties of such materials, indicated by a reduction (rather than increase) of resistivity, as the dimensions of the semimetal are reduced. In this project, we employ the latest understanding of the physical mechanisms that govern topological semimetal transport, chirality, correlation and surface state engineering, together with a focused effort to synthesize high-quality thin films. We will then demonstrate the integration of such films on Si platforms, and establish the required material properties and optimizations to facilitate uptake into Si CMOS technology.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

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Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-EIC - HORIZON EIC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) HORIZON-EIC-2025-PATHFINDEROPEN

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Koordinator

IBM RESEARCH GMBH
Netto-EU-Beitrag
€ 727 375,00
Adresse
SAEUMERSTRASSE 4
8803 RUESCHLIKON
Schweiz
Region
Schweiz/Suisse/Svizzera Nordwestschweiz Aargau
Aktivitätstyp
Private for-profit entities (excluding Higher or Secondary Education Establishments)
Links
Gesamtkosten
€ 727 375,00

Beteiligte (5)