Ny nanomaterialemetode svarer på barske udfordringer

(Phys.org) -- Når du søger efter teknologien til at øge computerens hastigheder og forbedre hukommelsestætheden, de bedste ting kommer i de mindste pakker.

En ubarmhjertig bevægelse mod mindre og mere præcist definerede halvledere har fået forskere ved U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory til at udvikle en ny teknik, der dramatisk kan forbedre effektiviteten og reducere omkostningerne ved at fremstille forskellige klasser af halvledende materialer.

Den nye opdagelse opfylder visse krav i den internationale "køreplan" for halvledere helt frem til 2022 - der springer over en forventet ti års fremskridt med et enkelt sæt eksperimenter.

De fleste halvledermønstre er i øjeblikket lavet ved hjælp af en proces kendt som fotolitografi, hvor dele af en tynd film fjernes selektivt for at skabe et mønster. Mønstret i denne film, kendt som modstander, ætses ind i halvlederen ved udsættelse for en ioniseret gas. Denne gas ætser også selve resisten væk, reducere antallet af gange, filmen kan bruges. Særligt holdbare resists er kendt som hårde masker.

Drevet til at skabe mindre og mindre halvlederkomponenter er ofte begrænset af et fænomen kendt som domænekollaps, sagde Argonne nanoforsker Seth Darling. Konventionel litografi - teknikken, der bruges til at lave mønstre i materialer - forsøger at skabe funktioner, der er adskilt som tænderne på en kam. Imidlertid, huller i resisten, der er for dybe, har en tendens til at kollapse indad, hvilket gør materialet ubrugeligt.

"Ingeniører har prøvet mange måder at undgå dette kollaps på, men industrien løber konstant op imod det, " sagde Darling.

I 2010 Darling og hans kolleger udviklede en teknik kendt som sekventiel infiltrationssyntese (SIS), som brugte gasser til at dyrke hårde uorganiske materialer inde i en blød polymerfilm. Arbejdet blev støttet af DOE Office of Science gennem Argonne's Center for Nanoscale Materials og Argonne-Northwestern Solar Energy Research Center.

En af de mest bemærkelsesværdige fordele ved SIS er, at det eliminerer behovet for hårde masker i fotolitografi, ifølge Darling. "Hårde masker er en rigtig smerte, når det kommer til halvlederbehandling - de er dyre, kompliceret, reducere mønsterkvaliteten og tilføje ekstra trin, " sagde han.

Ifølge Darling, sekventiel infiltrationssyntese er allerede blevet identificeret af førende halvledervirksomheder som en teknologi med potentiale til at overvinde flere forskellige begrænsninger.

I et nyligt eksperiment, Darling og hans Argonne-kolleger viste, at SIS faktisk kan eliminere mønsterkollaps, muliggør fremstilling af materialer, der har mønstre med højere "formatforhold, ” som måler højden af ​​et element divideret med dets bredde.

Generelt sagt, litografi søger at skabe mønstre med højere billedformater, mens der bruges så lidt resist som muligt. "Normalt, du har brug for en vis tykkelse af resisten for at processen kan fungere, " sagde Darling. "Denne nye proces gør os i stand til at fjerne meget af det problem."

"En af de største fordele ved denne nye undersøgelse er, at vi har vist muligheden for at bruge SIS til fotolitografi, som er en af ​​de mest industrielt vigtige processer, " sagde Darling. "I takt med at der er mere og mere efterspørgsel efter bedre elektronik, størrelsen af ​​disse halvledere skal blive ved med at blive mindre og mindre, og det bliver så meget vigtigere for os at opfylde og overgå de benchmarks, vi har sat for os selv."