Circuits onzichtbaar voor het blote oog: nieuwe techniek krimpt microchips voorbij de huidige grootte limieten

Johns Hopkins-onderzoekers hebben nieuwe materialen en een nieuw proces ontdekt dat de altijd escalerende zoektocht zou kunnen bevorderen om kleinere, snellere en betaalbare microchips te maken die worden gebruikt in moderne elektronica-in alles van mobiele telefoons tot auto’s, apparaten tot vliegtuigen.

Met behulp van een proces dat zowel nauwkeurig als economisch is voor de productie, heeft het team van wetenschappers ontdekt hoe ze circuits kunnen maken die zo klein zijn dat ze onzichtbaar zijn voor het blote oog.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het dagboek Nature Chemical Engineering.

“Bedrijven hebben hun routekaarten van waar ze over 10 tot 20 jaar en daarna willen zijn”, zegt Michael Tsapatsis, een Bloomberg vooraanstaande professor chemische en biomoleculaire engineering aan de Johns Hopkins University. “Eén hindernis heeft een proces gevonden om kleinere functies te maken in een productielijn waar u materialen snel en met absolute precisie bestraalt om het proces economisch te maken.”

De geavanceerde lasers die nodig zijn om op de minuscule -formaten op te drukken, bestaan ​​al, voegde Tsapatsis toe, maar onderzoekers hadden nieuwe materialen en nieuwe processen nodig voor steeds kleinere microchips.

Microchips zijn platte stukjes silicium met ingeprente circuits die basisfuncties uitvoeren. Tijdens de productie bedekken fabrikanten siliciumwafels met een stralingsgevoelig materiaal om een ​​zeer fijne coating te creëren die een “resist” wordt genoemd. Wanneer een stralingstraal op de resist wordt gewezen, wekt dit een chemische reactie op die details in de wafer verbrandt, tekenpatronen en circuits.

De bestralingsstralen met een hoger vermogen die nodig zijn om steeds kleinere details over chips uit te schakelen, werken echter niet sterk genoeg met traditionele resisten.

Eerder ontdekten onderzoekers van het laboratorium van Tsapatsis en de Fairbrother Research Group bij Johns Hopkins dat resisten van een nieuwe klasse metaalorganica kunnen herbergen van dat bestralingsproces met een hoger vermogen, “voorbij extreme ultraviolette straling” (B-EUV), die het potentieel heeft om details te maken die kleiner zijn dan de huidige standaardgrootte van 10 nanometers. Metalen zoals zink absorberen het B-EUV-licht en genereren elektronen die chemische transformaties veroorzaken die nodig zijn om circuitpatronen op een organisch materiaal te bedrukken dat imidazol wordt genoemd.

Dit onderzoek markeert een van de eerste keren dat wetenschappers deze op Imidazol gebaseerde metaalorganische weerstaat uit oplossing op een silicium-wafer-schaal hebben kunnen aanbrengen, waardoor hun dikte wordt geregeld met nanometer-precisie.

Om de chemie te ontwikkelen die nodig is om de siliciumwafer te coaten met het metaalorganische materiaal, combineerde het team experimenten en modellen van Johns Hopkins University, East China University of Science and Technology, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Soochow University, Brookhaven National Laboratory and Lawrence National Laboratory. De nieuwe methodologie, die ze chemische vloeistofafzetting (CLD) noemen, kan precies worden ontworpen en laat onderzoekers snel verschillende combinaties van metalen en imidazolen verkennen.

“Door te spelen met de twee componenten (metaal en imidazol), kunt u de efficiëntie van het absorberen van het licht en de chemie van de volgende reacties veranderen. En dat opent ons voor het creëren van nieuwe metaal-organische paren,” zei Tsapatsis. “Het opwindende is dat er minstens 10 verschillende metalen zijn die kunnen worden gebruikt voor deze chemie en honderden organische stoffen.”

De onderzoekers zijn begonnen te experimenteren met verschillende combinaties om paren te maken specifiek voor B-EUV-straling, waarvan ze zeggen dat ze waarschijnlijk in de komende 10 jaar zullen worden gebruikt bij de productie.

“Omdat verschillende golflengten verschillende interacties hebben met verschillende elementen, kan een metaal dat een verliezer is bij de ene golflengte een winnaar van de andere zijn,” zei Tsapatsis. “Zink is niet erg goed voor extreme ultraviolette straling, maar het is een van de beste voor de B-EUV.”