Arquitectura de interconexiones horizontales a partir de nanotubos de carbono.

Dispositivo para establecer una conexión eléctrica horizontal entre por lo menos dos bornes de unión eléctricos (2) que comprende nanotubos de carbono horizontales (3) que unen las paredes verticales de dichos bornes de unión,

dichos bornes de unión estando realizados con la ayuda de un apilamiento de capas de por lo menos dos materiales, uno (5) que cataliza el crecimiento de los nanotubos y el otro (4) que juega el papel de separador entre las capas de material que cataliza el crecimiento de los nanotubos.

Arquitectura de interconexiones horizontales a partir de nanotubos de carbono.

ÁMBITO DE LA INVENCIÓN

La presente invención concierne a un dispositivo de interconexiones horizontales, basado en el crecimiento horizontal de nanotubos de carbono (CNT) .

ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA

Los nanotubos de carbono constituyen una solución potencial para realizar interconexiones, particularmente gracias a la formación de vías o líneas de interconexión.

Concerniente a las líneas de interconexión, un material muy denso, constituido por un cordón de nanotubos de una pared (acrónimo SWCNT para la expresión anglosajona "single-walled carbon nanotube", o de un pequeño número de paredes (acrónimo MWCNT para la expresión anglosajona " multi-walled carbon nanotube") , es susceptible de establecer una conexión entre bornes de unión conductores según el esquema de la figura 1.

Una solución técnica que se puede contemplar para realizar este tipo de producto consiste en utilizar el crecimiento catalítico de nanotubos de carbono. De hecho, los nanotubos de varios milímetros de longitud ya han estado realizados [1], lo que es suficiente para las aplicaciones contempladas.

Sin embargo, todavía se tienen que superar dificultades técnicas para realizar un producto de este tipo:

- la localización del crecimiento de los nanotubos sobre los flancos de la estructura;

- el guiado de los nanotubos de un borne de unión al borne de unión adyacente;

- la realización de una conexión con una densidad muy fuerte de nanotubos de carbono conectados eléctricamente.

El último punto aparece como particularmente delicado. En efecto y hasta ahora, las densidades muy altas de nanotubos sólo han sido obtenidas sobre películas aislantes [2].

El documento US 2007/0205450 describe un procedimiento para establecer una conexión eléctrica horizontal que comprende nanotubos de carbono entre dos bornes de unión con la ayuda de un material que cataliza el crecimiento de los nanotubos.

El objetivo de la invención es por lo tanto proponer una solución técnica que permita resolver estos problemas y particularmente superar la dificultad de depositar una capa de catalizador, para iniciar el crecimiento de los nanotubos, sobre paredes verticales.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención está relacionada por primera vez con la posibilidad de utilizar nanotubos de carbono para realizar conexiones horizontales entre bornes de unión eléctricos.

Así y según un primer aspecto, la presente invención concierne a un dispositivo que permite establecer una conexión eléctrica horizontal entre por lo menos dos bornes de unión eléctricos y que se basa sobre nanotubos de carbono horizontales que unen paredes verticales de los bornes de unión.

De manera específica y con relación al procedimiento de fabricación descrito más adelante, el dispositivo según la invención concierne a bornes de unión realizados con la ayuda de un apilamiento de capas de por lo menos dos materiales, uno que cataliza el crecimiento de los nanotubos y el otro que juega el papel de separador entre las capas que favorece el crecimiento.

Así, este apilamiento de capas o múltiples capas, que alterna de forma ventajosa los dos tipos de materiales, asegura a la vez el crecimiento horizontal de los nanotubos de carbono, pero también una división nanométrica estable a la temperatura del catalizador.

El interés de las múltiples capas de catalítico es realizar una estructura de paso nanométrico en una dirección, que asegure una fragmentación estable a la temperatura de la capa de metal. Su depósito es fácil y se evita así el problema del depósito de un catalizador de crecimiento sobre los flancos verticales de una estructura.

Otra función de este apilamiento es asegurar la conducción eléctrica. Así por lo menos uno de los materiales, incluso los dos, son conductores eléctricos.

Según una característica ventajosa de la invención, el catalizador de cada uno de los apilamientos se puede presentar bajo la forma de una capa continua o bajo la forma de una capa compuesta de agregados.

Se pueden contemplar varias disposiciones:

Según un primer modo de realización, es el material catalizador el que es conductor eléctrico. Se trata ventajosamente de un metal, particularmente de hierro (Fe) , o de una aleación metálica.

En combinación con este material catalizador conductor eléctrico, son posibles dos opciones:

El material que juega el papel de separador puede ser un material dieléctrico. Se trata ventajosamente de un óxido, tal como la alúmina (óxido de aluminio) , la sílice (óxido de silicio) o el óxido de magnesio (MgO) .

Alternativamente, el material que juega el papel de separador es igualmente conductor eléctrico. Se trata ventajosamente de un semiconductor, tal como el silicio (Si) , o de un óxido conductor tal como el óxido de indio dopado con estaño (ITO) o el óxido de rutenio (RuO) .

Todos estos materiales son favorables para el crecimiento de los nanotubos. Además, la continuidad eléctrica entre los cordones de nanotubos está asegurada por las capas de catalizador enterradas.

Según otro modo de realización, el material catalizador es un material dieléctrico, ventajosamente un óxido de hierro aislante y el material que juega el papel de separador es conductor eléctrico, ventajosamente un metal tal como el hierro (Fe) , el paladio (Pd) y el titanio (Ti) , o un óxido conductor tal como el óxido de indio dopado con estaño (ITO) o el óxido de rutenio (RuO) .

De manera ventajosa, los bornes de unión tienen una sección transversal en forma de rombo. Así, es posible obtener una densidad de nanotubos independiente del ancho de las zanjas. En efecto, el ancho de la conexión depende así únicamente de la posición de la pieza en bruto de la zanja con relación a la punta del rombo y no del tamaño del borne de unión. De hecho, se pueden realizar matrices de bornes de unión normalizados y obtener la finura de la conexión únicamente colocando a la distancia adecuada de la punta el extremo de la zanja, en el momento de grabar esta zanja.

De manera privilegiada, los bornes de unión pueden además contener, en su parte central, una travesía vertical conductora eléctrica, ventajosamente realizada con la ayuda de un metal tal como el cobre.

Otro aspecto de la invención concierne al procedimiento que permite la realización de un dispositivo de conexión horizontal de este tipo a partir de nanotubos de carbono.

Este procedimiento comprende las etapas esenciales siguientes:

- depósito sobre un sustrato de un apilamiento de capas de por lo menos dos materiales como han sido definidos anteriormente;

- definición de bornes de unión a partir de este apilamiento;

- inmersión de estos bornes de unión en una matriz dieléctrica;

- formación de zanjas en la matriz dieléctrica para definir las líneas de interconexión entre los bornes de unión y para guiar el crecimiento de los nanotubos entre los bornes de unión;

- crecimiento de los nanotubos de carbono en las zanjas realizando así las conexiones horizontales entre los bornes de unión.

Las etapas esenciales del procedimiento según la invención se esquematizan en la figura 2, que constituye una vista en sección y en la figura 3, que corresponde a una vista desde arriba.

Gracias a este apilamiento de capas que aseguran a la vez la función de catalizador y de conducción eléctrica, la tecnología que se pone en funcionamiento se simplifica en gran medida y se limita a los depósitos horizontales.

Los bornes de unión pueden estar definidos por grabación seca o húmeda y una resina debe ser depositada previamente sobre el apilamiento para realizar la litografía de los bornes de unión.

Las capas sacrificiales pueden estar depositadas debajo del apilamiento, incluso encima, antes del depósito de la resina para facilitar la realización del metal de contacto.

La matriz aislante (o dieléctrica)... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para establecer una conexión eléctrica horizontal entre por lo menos dos bornes de unión eléctricos (2) que comprende nanotubos de carbono horizontales (3) que unen las paredes verticales de dichos bornes de unión, dichos bornes de unión estando realizados con la ayuda de un apilamiento de capas de por lo menos dos materiales, uno (5) que cataliza el crecimiento de los nanotubos y el otro (4) que juega el papel de separador entre las capas de material que cataliza el crecimiento de los nanotubos.

2. Dispositivo según la reivindicación 1 caracterizado porque el material (5) que cataliza el crecimiento de los nanotubos está constituido bajo la forma de una capa continua o bajo la forma de una capa compuesta de agregados.

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el material catalizador (5) es conductor eléctrico, ventajosamente un metal, particularmente hierro, o una aleación metálica.

4. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque el material que juega el papel de separador (4) es un dieléctrico, ventajosamente un óxido tal como la alúmina, la sílice o un óxido de magnesio.

5. Dispositivo según la reivindicación 3 caracterizado porque el material que juega el papel de separador (4) es conductor eléctrico, ventajosamente un semiconductor, tal como el silicio, o un óxido conductor tal como el óxido de indio dopado con estaño o el óxido de rutenio.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el material catalizador (5) es un dieléctrico, ventajosamente un oxido de hierro aislante y porque el material que juega el papel de separador (4) es un conductor eléctrico, ventajosamente un metal tal como el hierro, el paladio o el titanio, o un óxido conductor tal como el óxido de indio dopado con estaño o el óxido de rutenio.

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los bornes de unión (2) tienen una sección transversal en forma de rombo.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque por lo menos uno de los dos bornes de unión (2) que se van a conectar está recubierto, al nivel de su zona de contacto con los nanotubos de carbono (3) , con un material de contacto (8) , ventajosamente de paladio.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los bornes de unión (2) contienen una travesía vertical conductora eléctrica (12) , ventajosamente realizada con la ayuda de un metal tal como el cobre.

10. Procedimiento de fabricación de un dispositivo de conexión horizontal según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 que comprende las etapas siguientes:

- depósito sobre un sustrato (1) de un apilamiento de etapas de por lo menos dos materiales, uno (5) que cataliza el crecimiento de los nanotubos y el otro (4) que juega el papel de separador entre las capas de material que cataliza el crecimiento de los nanotubos;

- definición de bornes de unión (2) a partir de este apilamiento;

- inmersión de los bornes de unión (2) dentro de una matriz dieléctrica (6) , ventajosamente constituida por un óxido, un nitruro o un material de constante dieléctrica débil;

- formación de zanjas (7) en la matriz aislante;

- crecimiento de los nanotubos de carbono dentro de las zanjas realizando conexiones horizontales (3) entre los bornes de unión (2) .

11. Procedimiento de fabricación de un dispositivo de conexión horizontal según la reivindicación 10 caracterizado porque una capa de material conductor eléctrico (8) , tal como el paladio, se deposita sobre por lo menos una de las caras verticales de los bornes de unión (2) , antes del crecimiento de los nanotubos.