Ny computerchipfremstillingsmetode klemmer mere på begrænset waferplads

Computerchipproducenter stræber konstant efter at pakke flere transistorer på mindre plads, men når størrelsen af ​​disse transistorer nærmer sig atomskalaen, der er fysiske grænser for, hvor små de er i stand til at lave mønstrene til kredsløbet.

Nu, ved at drage fordel af en germaniumwafer belagt med et lag af praktisk talt uberørt grafen - et ark kulstof arrangeret kun et atom tykt - har et team af ingeniører fra University of Wisconsin-Madison og University of Chicago udtænkt en enklere, reproducerbar og billigere fremstillingsmetode ved hjælp af rettet selvsamling.

Instrueret selvmontering er en storstilet, nano-mønsterteknik, der kan øge tætheden af ​​kredsløbsmønstre og omgå nogle begrænsninger af konventionelle litografiske processer til udskrivning af kredsløb på wafers af halvledere såsom silicium.

Elektroingeniør Zhenqiang "Jack" Ma og materialeingeniør Michael Arnold fra UW-Madison, kemiingeniør Paul Nealey fra University of Chicago, og deres studerende offentliggjorde detaljer om fremskridtet i 16. august-udgaven af ​​tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

Deres arbejde kan betyde et boost i funktionaliteten for halvlederelektronik og i kapaciteten til datalagring.

For at opnå den utroligt lille størrelse, der kræves til kredsløbet i fremtidens halvlederelektronik, producenter udvikler rettet selvmontering, som muliggør fremstilling af indviklede, perfekt ordnede polymermønstre til kredsløb.

Til rettet selvmontering, forskerne bruger konventionelle kemiske teknikker til at definere et præ-mønster. Når kæder af molekyler kendt som blokcopolymerer samler sig selv på præ-mønsteret, de følger mønsteret for at danne velordnede funktioner.

Forskernes nye metode er meget hurtigere, og reducerer antallet af trin i processen til kun to:litografi og plasmaætsning.

I den første demonstration af deres teknik, forskerne brugte elektronstrålelitografi og en mild plasmaætsningsteknik til at mønstre et atom-tykke grafenstriber på en germaniumwafer. Derefter spin-coated de waferen med en almindelig blokcopolymer kaldet polystyren-blok-poly(methylmethacrylat).

Ved opvarmning, blokcopolymeren blev selvsamlet fuldstændigt på kun 10 minutter - sammenlignet med 30 minutter ved brug af konventionelle kemiske mønstre - og med færre defekter. Forskerne tilskriver denne hurtige samling den glatte, stiv, krystallinske overflader af germanium og grafen.

Deres nye metode udnytter et fænomen kaldet tæthedsmultiplikation. Forskerne brugte elektronstrålelitografi til først at skabe en større masterskabelon med sparsomme mønstre, der styrer orienteringen af ​​deres blokcopolymerer.

Da de instruerede blokcopolymeren til at samle sig selv, det gjorde det på en måde, der forbedrede opløsningen af ​​den originale skabelon - i dette tilfælde, med en faktor på 10. Den bedste tidligere forbedring ved tæthedsmultiplikation var en faktor på fire.

Mens stribemønsteret var en simpel demonstration af deres teknik, forskerne viste også, at det fungerer med mere arkitektonisk komplekse eller uregelmæssige mønstre, inklusive dem med bratte 90 graders bøjninger.

"Disse skabeloner tilbyder et spændende alternativ til traditionelle kemiske mønstre sammensat af polymermåtter og børster, da de giver hurtigere monteringskinetik og udvider behandlingsvinduet, samtidig med at det tilbyder en inert, mekanisk og kemisk robust, og ensartet skabelon med veldefinerede og skarpe materialegrænseflader, " siger Nealey.

Teknikken sætter dem i stand til at kombinere ensartetheden og enklere behandling af traditionelle "top-down" litografiske metoder med fordelene ved "bottom-up" samling og større tæthedsmultiplikation, og tilbyder en lovende rute for storskalaproduktion til betydeligt reducerede omkostninger.

"At bruge denne et-atom-tykke grafen-skabelon er aldrig blevet gjort før. Det er en ny skabelon til at guide selvsamlingen af ​​polymererne, " siger mor. "Dette er masseproduktionskompatibelt. Vi åbnede døren til endnu mindre funktioner."