Исследователи из Университета Джона Хопкинса обнаружили новые материалы и процесс, которые могут продвинуть постоянно растущее стремление к созданию всё более мелких, быстрых и доступных микрочипов, используемых в современной электронике — от мобильных телефонов до автомобилей, бытовой техники и самолётов.
Используя точный и экономичный для производства процесс, команда учёных обнаружила, как создавать настолько маленькие схемы, что они невидимы невооружённым глазом.
Результаты опубликованы в журнале Nature Chemical Engineering.
«У компаний есть планы, где они хотят оказаться через 10–20 лет и далее, — сказал Майкл Цапацис, выдающийся профессор химической и биомолекулярной инженерии в Университете Джона Хопкинса. — Одним из препятствий было найти процесс для создания более мелких элементов на производственной линии, где вы облучаете материалы быстро и с абсолютной точностью, чтобы сделать процесс экономичным».
Новые горизонты в производстве микрочипов
Современные лазеры, необходимые для нанесения на микроскопические форматы, уже существуют, добавил Цапацис, но исследователям нужны были новые материалы и новые процессы для размещения всё более мелких микрочипов.
Микрочипы — это плоские куски кремния с нанесёнными схемами, которые выполняют основные функции. Во время производства производители покрывают кремниевые пластины чувствительным к излучению материалом для создания тонкого покрытия, называемого «резистом». Когда луч излучения направлен на резист, он вызывает химическую реакцию, которая выжигает детали в пластине, создавая узоры и схемы.
Однако более мощные лучи излучения, необходимые для вырезания всё более мелких деталей на чипах, недостаточно сильно взаимодействуют с традиционными резистами.
Ранее исследователи из лаборатории Цапациса и Исследовательской группы Фэйрбротера в Университете Джона Хопкинса обнаружили, что резисты, изготовленные из нового класса металлоорганики, могут выдерживать этот более мощный процесс облучения, называемый «сверхэкстремальным ультрафиолетовым излучением» (B-EUV), который может создавать детали размером меньше текущего стандартного размера в 10 нанометров. Металлы, такие как цинк, поглощают B-EUV-излучение и генерируют электроны, которые вызывают химические превращения, необходимые для нанесения схем на органический материал, называемый имидазолом.
Это исследование стало одним из первых случаев, когда учёным удалось нанести металлоорганические резисты на основе имидазола из раствора на кремниевую пластину в масштабе, контролируя их толщину с нанометровой точностью.
Для разработки химии, необходимой для покрытия кремниевой пластины металлоорганическими материалами, команда объединила эксперименты и модели из Университета Джона Хопкинса, Восточно-Китайского университета науки и технологий, Федеральной политехнической школы Лозанны, Сучжоуского университета, Брукхейвенской национальной лаборатории и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. Новая методология, которую они называют химическим жидким осаждением (CLD), может быть точно спроектирована и позволяет исследователям быстро исследовать различные комбинации металлов и имидазолов.
«Играя с двумя компонентами (металлом и имидазолом), вы можете изменить эффективность поглощения света и химию последующих реакций. И это открывает нам возможность создания новых металлоорганических пар», — сказал Цапацис. «Интересно то, что существует по крайней мере 10 различных металлов, которые можно использовать для этой химии, и сотни органических соединений».
Исследователи начали экспериментировать с различными комбинациями для создания пар, специально предназначенных для B-EUV-излучения, которое, по их словам, вероятно, будет использоваться в производстве в ближайшие 10 лет.
«Поскольку разные длины волн по-разному взаимодействуют с разными элементами, металл, который проигрывает на одной длине волны, может быть победителем на другой, — сказал Цапацис. — Цинк не очень хорош для экстремального ультрафиолетового излучения, но он один из лучших для B-EUV».
Предоставлено Университетом Джона Хопкинса.