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Topological semimetals for ultra-efficient electrical interconnects

Descrizione del progetto

Risolvere il collo di bottiglia del rame nei chip di silicio

Con la riduzione delle dimensioni dei transistori, i fili di rame all’interno dei chip di silicio faticano a tenere il passo. Tali fili, chiamati interconnessioni, trasportano i segnali tra i componenti e, su scala nanometrica, la loro resistenza elettrica aumenta, un cambiamento che rallenta i circuiti e provoca una perdita di potenza sotto forma di calore. Questo collo di bottiglia minaccia il futuro della tecnologia informatica avanzata. Il progetto TICON, finanziato dal CEI, mira a risolvere tale limitazione utilizzando i semimetalli topologici, nuovi materiali che conducono l’elettricità principalmente lungo le loro superfici, preservando in tal modo il flusso di elettroni e mantenendo una bassa resistenza anche a dimensioni nanometriche, il che determina una dispersione ridotta. Il progetto svilupperà film sottili di alta qualità di questi metalli e ne ingegnerizzerà le superfici per migliorare il modo in cui trasportano l’energia, garantendo inoltre che questi materiali funzionino con la produzione standard di silicio.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

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Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-EIC - HORIZON EIC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-EIC-2025-PATHFINDEROPEN

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Coordinatore

IBM RESEARCH GMBH
Contributo netto dell'UE
€ 727 375,00
Indirizzo
SAEUMERSTRASSE 4
8803 RUESCHLIKON
Svizzera
Regione
Schweiz/Suisse/Svizzera Nordwestschweiz Aargau
Tipo di attività
Private for-profit entities (excluding Higher or Secondary Education Establishments)
Collegamenti
Costo totale
€ 727 375,00

Partecipanti (5)