Ny teknik tillader produktion af komplekse mikrochipstrukturer i et selvsamlende trin

Forskere ved MIT har udviklet en ny tilgang til at skabe den komplekse række af ledninger og forbindelser på mikrochips, ved hjælp af et system af selvsamlende polymerer. Arbejdet kan i sidste ende føre til en måde at lave mere tætpakkede komponenter på hukommelseschips og andre enheder.

Den nye metode - udviklet af MIT-besøgende doktorand Amir Tavakkoli fra National University of Singapore, sammen med to andre kandidatstuderende og tre professorer i MIT's afdelinger for Elektroteknik og Computer Science (EECS) og Materials Science and Engineering (DMSE) - er beskrevet i et papir offentliggjort i august i tidsskriftet Avancerede materialer ; avisen er tilgængelig online nu.

Processen er tæt forbundet med en metode, som det samme team beskrev sidste måned i et papir i Videnskab , som gør det muligt at fremstille tredimensionelle konfigurationer af ledninger og forbindelser ved hjælp af et lignende system af selvsamlende polymerer.

I det nye blad, forskerne beskriver et system til fremstilling af rækker af ledninger, der mødes i rette vinkler, danner firkanter og rektangler. Selvom disse former er grundlaget for de fleste mikrochipkredsløbslayouts, de er ret svære at fremstille gennem selvmontering. Når molekyler samler sig selv, forklarer Caroline Ross, Toyota-professoren i materialevidenskab og -teknik og en medforfatter til artiklerne, de har en naturlig tendens til at skabe sekskantede former - som i en honeycomb eller en række sæbebobler mellem glasplader.

For eksempel, en række små kuglelejer i en kasse "har tendens til at give en sekskantet symmetri, selvom det er i en firkantet kasse, " siger Ross. "Men det er ikke, hvad kredsløbsdesignere ønsker. De vil have mønstre med 90 graders vinkler" - så at overvinde den naturlige tendens var afgørende for at producere et nyttigt selvsamlende system, hun siger.

Holdets løsning skaber en række små pæle på overfladen, der styrer mønstret af de selvsamlende polymermolekyler. Dette viser sig også at have andre fordele:Ud over at producere perfekte kvadratiske og rektangulære mønstre af bittesmå polymertråde, systemet gør det også muligt at skabe en række forskellige former for selve materialet, inklusive cylindre, sfærer, ellipsoider og dobbeltcylindre. "Du kan generere denne forbløffende række af funktioner, " siger Ross, "med en meget enkel skabelon."

Karl Berggren, en lektor i elektroteknik ved MIT og en medforfatter af papiret, forklarer, at disse komplekse former er mulige, fordi "skabelonen, som er belagt for at frastøde en af ​​polymerkomponenterne, forårsager stor lokal belastning af mønsteret. Polymeren drejer og drejer sig derefter for at forsøge at undgå denne belastning, og dermed omarrangerer på overfladen. Så vi kan besejre polymerens naturlige tilbøjeligheder, og få det til at skabe meget mere interessante mønstre."

Dette system kan også producere funktioner, såsom rækker af huller i materialet, hvis afstand er meget tættere, end hvad der kan opnås ved hjælp af konventionelle spånfremstillingsmetoder. Det betyder, at den kan producere meget tættere pakkede funktioner på chippen, end nutidens metoder kan skabe - et vigtigt skridt i den igangværende indsats for at pakke flere og flere elektroniske komponenter på en given mikrochip.

"Denne nye teknik kan producere flere [former eller mønstre] samtidigt, " siger Tavakkoli. Det kan også lave "komplekse mønstre, som er et mål for fremstilling af nanoenheder, " med færre trin end nuværende processer. At fremstille et stort område af komplekse kredsløb på en chip ved hjælp af elektronstrålelitografi "kan tage flere måneder, " siger han. Derimod, at bruge den selvsamlende polymermetode ville kun tage et par dage.

Det er stadig alt for lang tid til at fremstille et kommercielt produkt, men Ross forklarer, at dette trin kun skal udføres én gang for at skabe et mastermønster, som så kan bruges til at stemple en belægning på andre spåner i en meget hurtig fremstillingsproces.

Teknikken kan også strække sig ud over mikrochipfremstilling, siger Ross. For eksempel, en tilgang til søgen efter at pakke stadig større mængder data på magnetiske medier såsom computerharddiske er at bruge en magnetisk belægning med et meget fint mønster stemplet ind, præcist at definere de områder, hvor hver bit data skal lagres. Sådanne fine mønstre kan potentielt skabes ved hjælp af denne selvsamlingsmetode, hun siger, og derefter stemplet på diskene.

Tavakkoli og Ross' kolleger i dette arbejde er DMSE-ph.d.-studerende Adam Hannon og Kevin Gotrik, DMSE professor Alfredo Alexander-Katz og EECS professor Karl Berggren. Forskningen, som omfattede arbejde på MIT's Nanostructures Laboratory og Scanning-Elecrron-Beam Lithography facilitet, blev finansieret af Semiconductor Research Corporation, Center for Functional Engineered Nano Architectonics, det nationale ressourceinstitut, Singapore-MIT Alliancen, National Science Foundation, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company og Tokyo Electron