強大的“電子風”可以吹跑銅原子，使電路短路。然而，石墨烯可以在同等狀況下完好無損。

電遷移導致的電路中斷：當銅導線很窄時，大電流可能會使原子發(fā)生遷移而導致中斷。

摩爾定律成功預測了硅晶體管不斷變小的趨勢。現(xiàn)在，越來越多的研究人員開始關(guān)注晶體管的另一個關(guān)鍵部分：連接單個晶體管以形成復雜電路的銅線。

2016年12月舊金山舉行的IEEE國際電子元件會議上，研究人員描述了銅互連的問題和可能的解決方案。斯坦福大學教授H.-S. Philip Wong領(lǐng)導的小組提出的方案是使用石墨烯來替代現(xiàn)在的銅導線。他的研究小組發(fā)現(xiàn)這種納米材料可以極大的緩解銅互連面臨的主要挑戰(zhàn)——電遷移。

銅線的直徑隨著晶體管尺寸的縮小而越來越細，但其承載的電流卻越來越大。因此，導線中的原子可以被高能量的電子風“吹跑”，使電路中斷。 Wong教授的團隊通過在銅導線周圍生長石墨烯阻止了電遷移，并且降低了銅線的電阻。

露絲·布瑞(Ruth Brain)是英特爾互聯(lián)技術(shù)和集成部門的負責人，她解釋道,現(xiàn)在的互連技術(shù)正在接近物理的極限密度。單位面積內(nèi)集成更多的晶體管意味著必須用更多的互連來連接它們。2000年生產(chǎn)的第一個使用銅互連的芯片中，每平方厘米有1千米的布線。而今天的14納米節(jié)點技術(shù)中，這一數(shù)字達到了驚人的10千米。

為了提高性能，不斷變窄的銅線必須承載更多的電流。電線中單位面積的電流量稱為電流密度，它的不斷增加來源于兩方面：一方面，導線的尺寸必須隨著整個工藝的縮小而變窄;另外，更高的電流是實現(xiàn)更快開關(guān)速度、提高性能的關(guān)鍵。

露絲說：“導線越窄，其電阻越高。互連在縮小的同時，其電流密度增加來了20倍。如果在家里這樣搞的話，房子早就燒著了” 。

現(xiàn)在普遍的解決方案是在銅互連溝槽內(nèi)沉積 2納米厚的氮化鉭“墻壁”，這一多余的襯里可以有效防止銅原子的逃逸。Wong教授說，這一技術(shù)使得銅導線可以在即將到來的10納米和7納米節(jié)點繼續(xù)發(fā)揮作用。然而，隨著器件的不斷縮小，2納米的壁也會變得 “太厚” 。研究人員正在研究如何使用其他襯里材料來阻止電遷移，包括釕和鎂。但是對于厚度只有0.3納米的石墨烯，它比已知的任何其他物質(zhì)都薄。

半導體工業(yè)一直都避免新材料的使用。但Wong教授表示，當前情況下我們并沒有太多選擇：如果銅無法繼續(xù)作為互連材料的話，新材料(例如鈷)的使用將無法避免。

斯坦福大學的研究小組與芯片制造工具公司科林研發(fā)(Lam Research)、中國浙江大學的研究人員一起制造和測試復合互連材料。事實上，石墨烯一直都利用銅襯底來生產(chǎn)，因此與銅具有很好的相容性?？屏盅邪l(fā)公司已經(jīng)開發(fā)出了在不損壞芯片其他部分的溫度(低于400°C)下進行的專有工藝。與單獨的銅導線相比，復合材料抵抗電遷移的能力提高了10倍，且電阻只有銅的一半。

Wong教授說：“互連問題已經(jīng)不能被繼續(xù)忽略。之前大多數(shù)時候我們只關(guān)心晶體管的大小，但諸如連接導線和存儲等以前沒有太大問題的部分也逐漸出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)。”