Estructura de interconexión basada en nanotubos de carbono redirigidos.

Dispositivo electrónico que comprende conexiones eléctricas que se extienden según al menos dos direcciones distintas,

estando dichas conexiones realizadas por medio de haces de nanotubos de carbono (CNT) (8), de los que al menos dos haces de CNT incluyen una parte (8a) cuyo eje está dirigido según una primera dirección, y una parte (8b) cuyo eje está redirigido según una segunda dirección, caracterizado porque la conexión entre los haces de CNT está garantizada mediante superposición sucesiva de los extremos de dichos al menos dos haces de manera a formar una pista de conexión (4), incluyendo al menos uno de dichos haces de CNT una parte (8a) dentro de un orificio metalizado.

Estructura de interconexión basada en nanotubos de carbono redirigidos ÁMBITO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo electrónico que comprende conexiones eléctricas realizadas por medio de nanotubos de carbono (CNT), como se reivindica en la reivindicación 1. Se refiere asimismo a procedimientos de elaboración de tales conexiones, como se reivindica en la reivindicación 6.

Esta invención presenta aplicaciones especialmente en los sistemas de conexionado térmicos, eléctricos y mecánicos.

ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA

Ya se ha propuesto eluso de nanotubos de carbono (CNT) o de haces de CNT para fabricar orificios metálicos pasantes o interconexiones de microprocesadores, especialmente con objeto de proporcionar un complemento, incluso una alternativa, al uso del cobre. En efecto, este último no es adecuado cuando las dimensiones resultan mínimas. Los CNT poseen, además, las propiedades necesarias, como una escasa resistencia eléctrica, que permiten garantizar de la mejor manera, la conductividad eléctrica entre los distintos niveles de microprocesadores.

Elorificio metalizado es una cavidad que permite establecer una conexión entre placas conductoras. Las pistas eléctricas realizadas en las placas establecen la conexión entre orificios metalizados. Las placas conductoras están realizadas de metal, tal como el aluminio, y están separadas por una capa aislante en la que se realiza la cavidad que forma el orificio metalizado.

La miniaturización de los dispositivos electrónicos hace que el uso del cobre sea bastante problemático, ya que el cobre causa dificultades inherentes a la electromigración cuando las densidades de la corriente son demasiado importantes. Por ello, las arquitecturas realizadas con pistas y orificios metalizados de cobre muestran sus limitaciones en los circuitos integrados cuya resolución se aproxima a los 22 nanómetros.

Como se muestra en las figuras 1 y 2, se ha propuesto el uso de CNT para garantizar la conexión entre placas conductoras, sustituyendo los orificios metalizados de cobre o tungsteno por CNT (Katagiri et al., Interconnect Technology Conference, 29. IEEE International 1-3 junio 29, págs. 44-46; Yokoyama et al. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 47, N° 4, 28, págs. 1985-199). Sin embargo, este procedimiento no permite dejar de depender totalmente del cobre, ya que la conexión entre los orificios metalizados sigue garantizada por una pista de cobre. Por lo tanto, los problemas ligados a la electromigración no se eliminan del todo así.

El documento US 28/42287 describe un dispositivo electrónico en el que las conexiones están garantizadas, al menos en parte, por haces de CNT. El orificio metalizado está recubierto por una capa de material conductor en la que se puede depositar otro haz de CNT y dirigirlo según la dirección de la pista. Sin embargo, los orificios metalizados y las pistas no están formados a partir del mismo haz de CNT.

El documento US 26/212974 divulga un dispositivo electrónico que comprende haces de CNT preparados en el interior de orificios metalizados y, a continuación, redirigidos según otra dirección, de manera a unir dos capas conductoras de dos niveles distintos. No se trata de conexiones entre orificios metalizados.

El documento CN 11562148 se refiere a un procedimiento para elaborar conexiones verticales de CNT mediante depósito de una solución de CNT sobre una capa conductora. En este dispositivo, se unen dos capas conductoras de distintos niveles por medio de haces de CNT.

Otra tecnología se basa en el mismo concepto de orificio metalizado de CNT, pero consiste en utilizar bloques metálicos para cambiar la orientación de los CNT y formar de este modo las pistas horizontales (figura 3). Sin embargo, es técnicamente difícil controlar el depósito de un catalizador así como el crecimiento de CNT según dos direcciones perpendiculares en dos caras de un bloque metálico (figura 4). Otro inconveniente ligado a esta técnica reside en el paso repetido por numerosas interfaces CNT - metal para garantizar la conducción.

El documento US 29/294966 describe orificios metalizados verticales de CNT que garantizan la conexión eléctrica entre dos capas conductoras, pero también pistas horizontales de CNT que permiten la conexión eléctrica entre orificios metalizados. Se trata de dos haces distintos dirigidos según dos direcciones diferentes. Los haces de CNT procedentes delorificio metalizado no permiten formar la pista.

Estos distintos planteamientos implican el control del crecimiento de CNT en el interior de cavidades cada vez más pequeñas, planteando de este modo la problemática de la densidad del haz de CNT. En efecto, al igual que la homogeneidad de sus propiedades y de su orientación, el control de la densidad de los CNT es primordial para

garantizar buenas conexiones eléctricas en el ámbito de la nanoelectrónica. Por lo tanto, es indispensable obtener fuertes densidades de CNT.

El equipo de Hata (Hitamizu ef al., Nature nanotechnology, Vol. 3, 28, 289-294) ha demostrado recientemente un efecto organizador y densificador que puede obtenerse mediante el paso de una película de CNT dispersos en una solución de alcohol. En efecto, cuando se sumerge la película de CNT en el baño de alcohol, perpendicularmente a la superficie del mismo, y a continuación se seca, los CNT se agrupan y se alinean. La tensión de superficie del líquido y las fuertes Interacciones de Van der Waals aproximan los CNT hacia una estructura próxima a la del grafito. Tras la densificación, no se ha observado desensamblaje alguno de los CNT. Sin embargo, Hata solo obtiene estructuras compuestas por CNT dirigidos según la misma dirección, limitando de este modo las posibles aplicaciones.

La presente invención se inscribe en la búsqueda de soluciones técnicas que permitan especialmente dejar de depender del uso de metales, y que aplican procedimientos de elaboración poco complejos.

PRESENTACIÓN DE LA INVENCIÓN

Por lo tanto, la presente invención ofrece una nueva arquitectura, que permite dejar de depender del uso de metales para garantizar el sistema de conexionado entre placas o para garantizar el cambio de dirección de un haz de CNT, que se basa en el crecimiento y la redirección de nanotubos de carbono (CNT).

De manera general, la presente invención consiste en garantizar las conexiones eléctricas, en un dispositivo electrónico, mediante haces de nanotubos de carbono (CNT) dirigidos según una primera dirección y contenidos en cavidades denominadas orificios metalizados. Estos haces de CNT están conectados lateralmente entre sí mediante pistas también constituidas por haces de CNT según una segunda dirección.

En la continuación de la presentación, los términos orificio metalizado y pista se emplean para designar los haces de CNT contenidos en las cavidades u orificios metalizados y que representan las pistas de conexión respectivamente.

Típicamente, un dispositivo electrónico según la invención incluye un encadenamiento de estructuras realizadas especialmente con una placa conductora (por ejemplo de aluminio) cubierta por una capa de aislante (sílice o material low K de la microelectrónica). Se realizan cavidades unidas entre sí mediante pistas en el bloque aislante para crear interconexiones entre placas (orificio metalizado) o entre orificios metalizados (pistas).

Más concretamente, la invención se refiere a un dispositivo electrónico que comprende conexiones eléctricas que se extienden según al menos dos direcciones distintas. De manera característica, dichas conexiones están realizadas básicamente con la ayuda de haces de nanotubos de carbono (CNT), de los que al menos dos haces de CNT incluyen una parte cuyo eje está dirigido según una primera dirección, y una parte cuyo eje está redirigido según una segunda dirección. Además, la conexión entre los haces de CNT está garantizada mediante solapado de las partes de dichos al menos dos haces de CNT de manera a formar una pista de conexión.

Por lo tanto, al menos dos haces que constituyen las conexiones eléctricas están acodados, estando una zona de estos haces de CNT dirigida según la primera dirección y otra zona según una segunda dirección distinta.

Conviene subrayar que el sistema de conexiones eléctricas objeto de la invención permite la realización de conexiones en al menos dos direcciones, ventajosamente vertical y horizontal, pero puede servir asimismo para el establecimiento de conexiones en más de dos direcciones, especialmente tres, en particular en el caso de dos conexiones distintas en el plano horizontal.

Según la invención, las conexiones eléctricas están esencialmente realizadas... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo electrónico que comprende conexiones eléctricas que se extienden según al menos dos direcciones distintas, estando dichas conexiones realizadas por medio de haces de nanotubos de carbono (CNT) (8), de los que al menos dos haces de CNT incluyen una parte (8a) cuyo eje está dirigido según una primera dirección, y una parte (8b) cuyo eje está redirigido según una segunda dirección, caracterizado porque la conexión entre los haces de CNT está garantizada mediante superposición sucesiva de los extremos de dichos al menos dos haces de manera a formar una pista de conexión (4), incluyendo al menos uno de dichos haces de CNT una parte (8a) dentro de un orificio metalizado.

2. Dispositivo electrónico según la reivindicación 1, caracterizado porque las dos direcciones distintas son sensiblemente perpendiculares.

3. Dispositivo electrónico según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la primera dirección es sensiblemente vertical y porque la parte del haz de CNT (8a) según esta dirección forma un orificio metalizado (7).

4. Dispositivo electrónico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda dirección es sensiblemente horizontal y porque la parte del haz de CNT (8b) según esta dirección forma una pista de conexión (4).

5. Dispositivo electrónico según la reivindicación 4, caracterizado porque incluye una capa metálica (1, 2) en la pista de conexión (4).

6. Procedimiento de elaboración de las conexiones eléctricas en al menos dos direcciones dentro de un dispositivo electrónico que comprende conexiones eléctricas que se extienden según al menos dos direcciones distintas, estando dichas conexiones realizadas por medio de haces de nanotubos de carbono (CNT) (8) y de los que al menos dos haces de CNT incluyen una parte (8a) cuyo eje está dirigido según una primera dirección, y una parte (8b) cuyo eje está redirigido según una segunda dirección, estando la conexión entre los haces de CNT garantizada mediante superposición sucesiva de los extremos de dichos al menos dos haces, de manera a formar una pista de conexión (4), incluyendo al menos uno de dichos haces de CNT una parte (8a) dentro de un orificio metalizado;

incluyendo dicho procedimiento las siguientes etapas:

crecimiento de al menos dos haces de CNT (8) según una primera dirección (8a) de dicho dispositivo, realizándose el crecimiento de al menos uno de ambos haces de CNT dentro de un orificio metalizado y a una altura superior a la del orificio metalizado;

formación de una pista de conexión (4) mediante redirección de una parte de dichos dos haces de CNT (8) según una segunda dirección (8b), mediante paso de un flujo de liquido.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende además el crecimiento de al menos un haz de CNT (8) dentro de una ranura.

8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende además una etapa de depósito de al menos una capa metálica (1, 2) en la parte de los haces de CNT según la segunda dirección (8b).

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque comprende además al menos una etapa de depósito de TiN en las zonas en las que los CNT no deben crecer.