IBM在美國舉行的IEEE國際電子元件會議(IEDM,12月3~7日)上展示奈米等級元件的熱圖(heat-maps);該公司採用了一種新方法,能更精確地量測次14奈米世代電晶體溫度──藉由先測量一個點的熱阻(thermal resistance),然後是熱通量(heat flux),能更精確地產生微小元件例如電晶體與記憶體單元的熱圖。

瑞士蘇黎世(Zurich)的IBM Lab研究員Bernd Gotsmann接受EE Times獨家專訪時表示,要量測最新設計的次14奈米電晶體與記憶體熱點溫度,到目前為止難度都非常高:「其中的問題很類似我們用手去觸摸木材與金屬時,它們的溫度就算相同,但是因為不同材質的熱阻不同,我們也會感覺到不同的溫度。」

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IBM團隊以配備金/鉻(Au/Cr)觸點之TiO2 基板上的VO2相變化電阻所做的實驗之熱點繪製,顯示電流燈絲(current filaments)周遭的自發熱
(來源:IBM)

為了解決以上問題,IBM以熱注射器(heat injector)與掃描探針溫度計(scanning probe thermometer)來裝備原子力顯微鏡的尖端,以量測熱通量。首先將已知溫度注入元件(例如關閉的電晶體),接著由探針溫度計量測返回熱通量;這個步驟能分辨出材料的熱阻,類似於辨別其溫度究竟是像木材或是金屬。

第二個步驟是將待測元件開啟,以探針溫度計量測補償其熱阻的主動熱通量,因此就能更精確地量測元件的溫度,特別是以次14奈米先進製程生產的元件。透過重複以上過程,同時以原子力顯微鏡(AFM)掃描元件表面,就能繪製出熱圖並輕易識別出熱點,再以重新設計細節或重新嘗試來補救。

目前IBM的研究團隊正在為次14奈米電晶體以及記憶體單元等元件,開發次奈米解析度的熱圖,並期望能將該技術授權給半導體設計業者;該公司表示,產生整個元件的熱圖只需花費2分鐘左右時間。而IBM自己正在利用該技術繪製自家開發的次10奈米電晶體與記憶體單元的熱圖。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: IBM Scans 10nm Temperature,by R. Colin Johnson)