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Topological semimetals for ultra-efficient electrical interconnects

Description du projet

Résoudre le problème du goulot d’étranglement du cuivre dans les puces en silicium

Alors que les transistors rétrécissent, les fils de cuivre à l’intérieur des puces en silicium peinent à suivre le rythme. Ces fils, appelés interconnexions, transportent les signaux entre les composants. Aux dimensions nanométriques, leur résistance électrique augmente. Ce changement ralentit les circuits et entraîne une perte de puissance sous forme de chaleur. Ce goulot d’étranglement menace l’avenir de la technologie informatique avancée. Le projet TICON, financé par le CEI, entend remédier à cette limitation en utilisant des semi-métaux topologiques. Ces nouveaux matériaux conduisent l’électricité principalement le long de leur surface, préservant ainsi le flux d’électrons en maintenant une faible résistance, même à des dimensions nanométriques, ce qui réduit la diffusion. Le projet vise à développer des couches minces de haute qualité à partir de ces métaux et à repenser leurs surfaces afin d’améliorer la façon dont ils transmettent l’énergie. Il garantit également que ces matériaux sont compatibles avec la fabrication standard du silicium.

Objectif

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.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

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Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-EIC - HORIZON EIC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-EIC-2025-PATHFINDEROPEN

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Coordinateur

IBM RESEARCH GMBH
Contribution nette de l'UE
€ 727 375,00
Adresse
SAEUMERSTRASSE 4
8803 RUESCHLIKON
Suisse
Région
Schweiz/Suisse/Svizzera Nordwestschweiz Aargau
Type d’activité
Private for-profit entities (excluding Higher or Secondary Education Establishments)
Liens
Coût total
€ 727 375,00

Participants (5)