磷化铌薄膜在超薄线路制造中展现潜力

科技日报北京1月14日电 （记者张梦然）据发表在《科学》杂志上的一项最新研究，美国斯坦福大学研究人员首次发现一种非晶体材料磷化铌，在制造芯片上的超薄线路时，只有几个原子厚的磷化铌薄膜导电能力比铜更好。此外，这种薄膜可在较低温度下沉积生产，与现代计算机芯片相兼容。这种新材料在未来的纳米电子学领域极具潜力，有望带来功能更强、更节能的电子产品，帮助解决当前电子产品中的电力和能耗问题。

随着计算机芯片越来越小、越来越复杂，在芯片中传输电信号的超薄金属线已成为一个薄弱环节。随着线路更细更薄，标准金属线的导电能力会变差，最终限制纳米级电子产品的尺寸、效率和性能。

而新型导体磷化铌是拓扑半金属，其整个材料都可导电，但外表面比中间导电性更好。随着磷化铌薄膜变薄，中间部分收缩，但其表面积不变甚至更大，更好的表面导电能力使整个材料成为更好的导体。另一方面，铜等传统金属一旦薄于50纳米，导电能力会变得更差。

研究人员发现，即使在室温下工作，磷化铌在薄膜厚度低于5纳米时，导电性也比铜更好。在这种尺寸下，铜线难以跟上快速发射的电信号，并耗散更多的热能。

此前，研究人员一直在寻找可用于纳米电子领域的导电材料，但到目前为止，最好的候选材料都有极其精确的晶体结构，要在非常高温度下才能形成。此次研究制造的磷化铌薄膜，有望成为更理想的导体，也为探索利用其他拓扑半金属制造超薄电路铺平了道路。

研究显示，磷化铌薄膜可在相对较低温度下形成。在400℃下，研究人员可将磷化铌沉积为薄膜，这一温度可避免损坏或破坏现有的硅计算机芯片。

研究人员指出，磷化铌薄膜并不会快速取代所有计算机芯片中的铜，在制造较厚线路和电线时，铜仍然是更好的选择，而磷化铌更适用于最薄处的连接。

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一般来说，金属线在导电这件事上只能“以胖为美”，如果线变细，导电性能就会变差。在一切小型化的今天，超薄金属线的导电能力就成了问题。但新型导体磷化铌不一样，它“越细越吃香”，即使薄如蝉翼，导电能力也比常用的铜更好。而且，磷化铌薄膜可以在较低温度下形成，能与现有芯片材料“和平共处”。我们可以在计算机芯片中进行小规模的材料更新，将磷化铌用于最薄处的连接，以制造性能更高和更节能的纳米级电子产品。