Η ακατάπαυστη προσπάθεια για όλο και μικρότερα, ταχύτερα και πιο οικονομικά μικροτσίπ φαίνεται πως μπαίνει σε μια νέα εποχή. Μια διεθνής ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής επιστήμονες από το Johns Hopkins University, παρουσίασε υλικά και μεθόδους που υπόσχονται να ξεπεράσουν τα σημερινά τεχνολογικά όρια.
Η καινοτομία αυτή, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Chemical Engineering, δεν αφορά μόνο την ίδια την κατασκευή των μικροκυκλωμάτων, αλλά και τη διαδικασία που θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει συνολικά τη βιομηχανία ηλεκτρονικών συστημάτων.
Στην επίκεντρο βρίσκεται μια νέα κατηγορία μετάλλο-οργανικών υλικών και μια τεχνική που ονομάζεται χημική εναπόθεση υγρού (CLD). Η μέθοδος αυτή επιτρέπει την ακριβή εναπόθεση των νέων υλικών πάνω σε δίσκους πυριτίου με ακρίβεια νανομέτρων, ανοίγοντας τον δρόμο για τσιπ με χαρακτηριστικά μικρότερα ακόμη και από τα σημερινά όρια των 10 νανομέτρων.
Όπως εξήγησε ο κ. Μιχαήλ Τσαπατσής, Bloomberg Distinguished Professor στο Johns Hopkins University, οι μεγάλες εταιρείες έχουν ήδη χαράξει τους στόχους τους για τις επόμενες δεκαετίες, αλλά ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια ήταν η εύρεση μιας διαδικασίας που να μπορεί να κατασκευάζει μικρότερα χαρακτηριστικά με απόλυτη ακρίβεια και οικονομικά βιώσιμο τρόπο. Οι απαραίτητες τεχνολογίες laser υπήρχαν ήδη, αλλά έλειπαν τα κατάλληλα υλικά και η χημεία που θα επέτρεπαν την εφαρμογή τους σε βιομηχανική κλίμακα.
Τα μικροτσίπ, που βρίσκονται σε smartphones, αυτοκίνητα, οικιακές συσκευές και αεροπλάνα, κατασκευάζονται με την κάλυψη δίσκων πυριτίου από ένα υλικό ευαίσθητο στην ακτινοβολία, γνωστό ως resist. Όταν η ακτινοβολία πέφτει πάνω στο resist, προκαλείται χημική αντίδραση που χαράσσει τα μοτίβα των κυκλωμάτων. Ωστόσο, για τα ολοένα μικρότερα χαρακτηριστικά απαιτούνται ακτίνες υψηλότερης ενέργειας, οι οποίες δεν αλληλεπιδρούν αρκετά ισχυρά με τα παραδοσιακά resists.
Η ομάδα του κ. Τσαπατσή, σε συνεργασία με το Fairbrother Research Group του Johns Hopkins, είχε δείξει στο παρελθόν ότι νέα resist με βάση μετάλλο-οργανικές ενώσεις μπορούν να απορροφήσουν αποτελεσματικά την ειδική ακτινοβολία γνωστή ως beyond extreme ultraviolet radiation (B-EUV). Μεταλλικά στοιχεία όπως ο ψευδάργυρος απορροφούν το φως B-EUV και παράγουν ηλεκτρόνια που προκαλούν τις χημικές αντιδράσεις, χαράσσοντας έτσι με ακρίβεια το υλικό ιμιδαζόλιο.
Η σημερινή πρόοδος είναι πως για πρώτη φορά οι επιστήμονες κατάφεραν να εναποθέσουν αυτές τις ενώσεις σε κλίμακα δίσκων πυριτίου με ακρίβεια και έλεγχο πάχους σε νανοεπίπεδο. Για να το πετύχουν, συνεργάστηκαν ερευνητές από το East China University of Science and Technology, την École Polytechnique Fédérale de Lausanne, το Soochow University, καθώς και από τα εθνικά εργαστήρια Brookhaven και Lawrence Berkeley. Η μέθοδος CLD δίνει τη δυνατότητα να δοκιμάζονται γρήγορα διαφορετικοί συνδυασμοί μετάλλων και οργανικών ενώσεων, προσφέροντας τεράστια ευελιξία.
Όπως εξηγεί ο κ. Τσαπατσής:
Παίζοντας με τα δύο συστατικά, το μέταλλο και το ιμιδαζόλιο, μπορείς να αλλάξεις τόσο την απορροφητικότητα του φωτός όσο και τη χημεία των αντιδράσεων που ακολουθούν. Το συναρπαστικό είναι ότι υπάρχουν τουλάχιστον δέκα μέταλλα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αυτή τη χημεία και εκατοντάδες οργανικές ενώσεις.
Οι ερευνητές έχουν ήδη αρχίσει να εξετάζουν διαφορετικούς συνδυασμούς με στόχο τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας για την ακτινοβολία B-EUV, η οποία, όπως εκτιμούν, θα κυριαρχήσει στην κατασκευή μικροτσίπ μέσα στην επόμενη δεκαετία. Η λογική είναι ότι διαφορετικά μήκη κύματος φωτός αλληλεπιδρούν με διαφορετικά στοιχεία. Έτσι, ένα μέταλλο που δεν αποδίδει σε μία περιοχή του φάσματος, μπορεί να αποδειχθεί ιδανικό σε μια άλλη. «Ο ψευδάργυρος δεν είναι ιδιαίτερα καλός για την ακραία υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά είναι από τους καλύτερους για την B-EUV», τόνισε ο κ. Τσαπατσής.
Η σημασία αυτής της εξέλιξης είναι διπλή. Από τη μία, επαναπροσδιορίζει τη θεωρητική βάση της μικροηλεκτρονικής, καθώς δείχνει ότι οι συνδυασμοί μετάλλων και οργανικών μορίων μπορούν να δώσουν λύσεις εκεί που τα παραδοσιακά υλικά αποτυγχάνουν. Από την άλλη, ανοίγει τον δρόμο για εφαρμογές που ξεπερνούν κατά πολύ τη σημερινή τεχνολογία, επιτρέποντας πιο γρήγορα, αποδοτικά και οικονομικά μικροτσίπ.
[via]
