Ny ætsningsteknik kunne fremme den måde, halvlederenheder fremstilles på

Mikroelektronik som halvlederenheder er kernen i de teknologier, vi bruger hver dag. Mens vi bevæger os ind i en æra, hvor vi strækker grænserne for Moores lov, det er vigtigt at finde nye måder at fortsætte med at pakke flere kredsløb ind i hver enkelt enhed for at øge hastigheden og kapaciteten af ​​vores computere.

Forskere ved U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory har udviklet en ny teknik, der potentielt kan hjælpe med at fremstille disse stadigt mindre, men komplekse enheder. Teknikken, kendt som molekylær lagætsning, er detaljeret i et nyt papir udgivet i Materialernes kemi .

For at gøre mikroelektronikken mindre, producenter er nødt til at proppe flere og flere kredsløb ind på mindre film og 3-D strukturer. I dag, dette sker ved at bruge tyndfilmaflejring og ætsning, teknikker til at dyrke eller fjerne film et lag ad gangen.

"Vores evne til at kontrollere stof på nanoskala er begrænset af den slags værktøjer, vi har til at tilføje eller fjerne tynde lag af materiale. Molecular layer etching (MLE) er et værktøj, der giver producenter og forskere mulighed for præcist at kontrollere den måde, tynde materialer, på mikroskopisk og nanoskala, er fjernet, " sagde hovedforfatter Matthias Young, en adjunkt ved University of Missouri og tidligere postdoktor ved Argonne.

Sammen med molecular layer deposition (MLD), en aflejringsteknik, MLE kan bruges til at designe mikroskopiske arkitekturer. Disse tilgange er analoger af atomlagsdeposition (ALD) og atomic layer etsning (ALE), de mere almindeligt anvendte teknikker til fremstilling af mikroelektronik. Imidlertid, i modsætning til atomare lagdelingsteknikker, som udelukkende beskæftiger sig med uorganiske film, MLD og MLE kan også bruges til at dyrke og fjerne organiske film.

Hvordan det virker

I princippet, MLE virker ved at eksponere tynde film, flere nanometer eller mikrometer tyk, til gasimpulser inde i et vakuumkammer. Processen starter med én gas (Gas A), som, ved indrejse, reagerer med filmens overflade. Næste, filmen udsættes for en anden gas (gas B). Denne AB-proces gentages, indtil den ønskede tykkelse er fjernet fra filmen.

"Nettoeffekten af ​​A og derefter B er fjernelse af et molekylært lag fra din film, " sagde Argonne kemiker Jeff Elam, medforfatter til undersøgelsen. "Hvis du gør den proces sekventielt, om og om igen, du kan reducere tykkelsen af ​​din film for at opnå den ønskede endelige tykkelse."

Et nøgleaspekt ved MLD er, at A- og B-overfladereaktionerne er selvbegrænsende. De fortsætter kun, indtil alle de tilgængelige reaktive overfladesteder er forbrugt, og så ophører reaktionerne naturligt. Denne selvbegrænsende adfærd er yderst nyttig ved fremstilling, da det er relativt nemt at skalere processen op til større substratstørrelser.

Forskere testede deres tilgang ved hjælp af alucone, et organisk materiale, der ligner silikonegummi, der har potentielle anvendelser i fleksibel elektronik. Gas A i deres eksperiment var et lithiumholdigt salt, og gas B var trimethylaluminium (TMA), en organometallisk aluminium-baseret forbindelse.

Under ætsningsprocessen, lithiumforbindelsen reagerede med overfladen af ​​aluconfilmen på en måde, der fik lithiumet til at klæbe på overfladen og forstyrre den kemiske binding i filmen. Derefter, da TMA blev indført og reagerede, det fjernede laget af film indeholdende lithium. Lithium tjener en opofrende rolle - det aflejres midlertidigt på overfladen for at bryde kemiske bindinger, men fjernes derefter af TMA.

"Processen kan fortsætte lag for lag sådan, og du kan fjerne hele materialet, hvis du vil, " sagde Young.

Åbner nye døre inden for mikroelektronik

Brug af denne teknik kan hjælpe producenter og forskere med at udvikle nye måder at lave nanostrukturer på. Processen kan også være en mere sikker mulighed for dem at bruge, fordi den er fri for halogener, en barske komponenter af kemikalier, der er almindelige i andre ætseprocesser. Det har også den fordel, at det er selektivt; ætsningsteknikken kan selektivt fjerne MLD-lag uden at påvirke nærliggende ALD-lag.

"MLE har potentialet til at hjælpe med at indlede nye veje til fremstilling og kontrol af materialegeometrier på nanoskala, som kunne åbne nye døre inden for mikroelektronik og strække sig ud over traditionel Moores lov-skalering, " sagde Elam.

Papiret har titlen "Molecular Layer Etching of Metalcone Films Using Lithium Organic Salts and Trimethylaluminium."