随着微处理器的小型化，为了避免集成电路内部的电子串扰，电荷积累或是信号延迟等一系列问题，亟须开发具有层间低介电常数的功能材料。然而，众所周知，现有已知的低介电常数电介质均具有低的导热性，这无疑会使高功率密度芯片中的散热问题变得更加复杂。二维拓扑结构的共价有机框架(COF)具有高度多孔的和周期性的分层结构，这些特征赋予了其低介电常数以及相对较高的热导率。然而，通过传统合成路线所制备的二维COF由于极易受到污染，不仅难以对其介电性能、导热性能进行评估，同时也不适合集成到设备中实现实际应用。
![]()
鉴于此，美国西北大学(Northwestern University)William R. Dichtel教授等人报道了一种具有高质量二维COF薄膜 (COFs) 制备的新方法。该合成方法通过模板化胶体聚合法合成了由硼酸酯连接的晶圆级二维COFs薄膜 (图1)。鉴于这一系列所合成的二维COF薄膜所展现的前所未有的高质量，使其能够准确的进行热反射、阻抗谱等相关参数的测量。测试结果表明，制备所得的COFs薄膜不仅具有高的导热率(1 W m-1 K-1)，同时也拥有极低的介电常数(k=1.6)。研究结果表明，具有定向分层结构的二维聚合物有望作为下一代电介质层材料。
![]()
图1. 硼酸酯接枝的COF薄膜的模板化胶体聚合法示意图 (a, b) 及其相关表征 (c-e)。图2. 硼酸酯接枝的系列COF薄膜的光电性能(a-c)。1. 针对采用传统COF合成工艺中极易受到污染，以致难以对其光、电、热等性能和实际应用能力进行准确评估的短板。研究人员通过一种独特的模板化胶体聚合新方法合成了一系列具有超高质量且无杂质污染的晶圆级二维COFs衍生材料，同时系统地表征了这些高质量二维COFs的热机械和光电性能 (图2-4)。2. 该工作通过对二维COFs衍生物的结构、热、以及电子特性的精准调控使得其有望用作低介电层。具体而言，研究人员发现具有低密度、低介电常数的COFs材料可展现出异常高的热导率，有望应用于下一代集成电路系统。因此，这项工作为电介质材料的发展提供了新的机遇。3. 进一步讲，研究结果也表明，通过合成化学的方法，设计具有高质量且结构精确可控的有机体，有望解锁更多的兼具多种优异性能于一体的新材料。https://www.nature.com/articles/s41563-021-00934-3![]()
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！