圖為Advanced Materials封面

編者按：

1965年，Intel創始人戈登·摩爾提出了著名的摩爾定律：半導體芯片上可集成的元器件數目每12個月便會增加一倍。然而，受線路產生的熱量、響應速度及密集線路間電磁干擾的限制，實際芯片的性能卻并不能按摩爾定律描述的那樣快速地提升，科學界也一直在努力攻克制約芯片發展的諸多難題。

近期，中國科學院化學研究所宋延林研究員課題組受螞蟻群體智慧的啟發，開發出了種巧妙的方法，找到了解決困擾芯片發展極限的電磁干擾難題的新途徑。

撰文| 武雪瑞（化學博士、中科幻彩首席運營官）

責編| 呂浩然

摩爾定律曾預言，半導體芯片上可集成的元器件的數目每12個月便會增加一倍。但是受線路產生的熱量、響應速度及密集線路間電磁干擾的限制，如今，芯片性能提高的速度卻越來越緩慢，因此，發展新的集成電路的優化設計與制備技術勢在必行。

在設計電路板時，設計者意圖在生物中尋找答案。正如人類大腦約有400億皮層神經元，但不同神經間的有效連接竟不超過六個交叉節點。設計者們夢想構造出類似大腦的設計，但迄今為止，科學家已提出多種多樣的串線優化概念，以提高集成電路的抗干擾性能，但基于傳統思路的技術制造流程卻極為復雜，且成品缺陷較多。

近日，中科院化學所宋延林研究員課題組受螞蟻、蜜蜂和螢火蟲等群體智慧的啟發，即螞蟻的巢穴并不是簡單的直線連接，而是交叉排列，涉及到節點間最短連接問題，即SteinerTree排布。圍繞著線路的優化設計，課題組提出了自組織結構思路。通過模仿螞蟻以最低能量消耗的方式運動，課題組構造了材料液滴的自發收縮模型，使其在蒸發過程中的結構符合數學規律，實現節點間最短線路的連接，從而實現以自然簡便的方式制造最優的微納線路。

以此為基礎，課題組使含有納米顆粒的溶液自然形成熱力學上最低表面能的狀態，其對應的就是數學上所有節點間最短連接，從而實現了最優微納線路的印刷制造。（圖1）

該研究于2月17日以封面論文的形式發表在Advanced Materials 雜志上（Adv.Mater.2017,29,1605223）。

圖1、最優微納線路的印刷制造

不僅如此，宋延林研究員課題組還與中科院半導體所陳宏達研究員課題組合作，對所制備的線路進行了測試。由于其多交叉的連接構造，與傳統平行線相比，新線路構造減少了65.9%的電磁干擾。液滴在模板間自發收縮成最低表面能狀態，使最終印刷的最優微納線路長度減少了8.9%，延時減少17.1%，能量延損減少24.5%，為高性能芯片的線路制造提供了全新的設計思路。（圖2）

圖2、最優線路電學測試及優化性能

這種受生物群體智慧啟發，利用微米模版操控液滴自然成型使納米材料自組裝為微納尺度最優線路的方法，是納米綠色印刷技術在先進制造領域的一大突破，對印刷制造高性能芯片線路的發展具有重要的意義。

感謝中科院化學所宋延林研究員、蘇萌博士和錢鑫博士對本文寫作的幫助。