211service.com
3-D transistorer lavet med molekylær selvsamling
En ny måde at bygge computerchips på er ved at tage form, der involverer syntetisering af molekyler, så de automatisk samles til komplekse strukturer - som derefter tjener som skabeloner til at ætse nanoskala-kredsløb til silicium. Tilgangen kunne lade computerindustrien fortsætte med at skrumpe elektronik ud over opløsningen af eksisterende produktionsmaskiner. IBM-forskere har været de første til at lave hurtige 3D-transistorer ved hjælp af denne nye metode.
I 2011 adopterede computerindustrien 3D-transistorer til avancerede integrerede kredsløb, fordi de skifter hurtigere, mens de bruger mindre strøm end plane (se Hvordan tredimensionelle transistorer gik fra Lab til Fab). Sådanne kredsløb er konventionelt blevet lavet via fotolitografi, den samme proces, der bruges til de fleste computerkredsløb. I denne proces er siliciumwafere belagt med et lysfølsomt materiale kaldet en fotoresist og udsættes derefter for et mønster lavet ved at skinne lys gennem et filter kendt som en maske. Hvor lyset rammer, hærder fotoresisten; resten vaskes væk, og waferen ætses derefter kemisk for at skabe træk i udsatte dele af overfladen.
For de hurtigste mikrochips, som har elementer så små som 22 nanometer og 80 nanometer fra hinanden, gentages denne proces omkring 30 gange, siger Kwok Ng , direktør for nanofremstilling ved Semiconductor Research Corp. i North Carolina. Hvert trin kræver sin egen dyre maske, og hvert trin tilføjer tid til processen. Fotolitografi vil fungere for den næste generation af chips, med funktioner på 14 nanometer i størrelse. Men for hurtigere chips med mindre funktioner vil fotolitografi blive for dyr og kompliceret og vil løbe ind i grænser bestemt af lysets bølgelængde.
IBM-gruppen brugte en ny tilgang kendt som rettet selvsamling ved at bruge en klasse af materialer kaldet blokcopolymerer (polymerkæder består af to slags monomerer eller blokke).
Det er muligt at få disse materialer til at samle sig selv til komplekse mønstre, såsom en tætpakket række til striber. Dette gøres ved at skræddersy polymerernes længde, størrelse og andre egenskaber, såsom hvordan to blokke tiltrækker og frastøder hinanden.
Mønstre lavet på denne måde kan være meget tættere end hvad der er muligt ved brug af litografi. Det betyder, at tilgangen kan bruges til at skabe de mindste, tættest pakkede og ensartede dele af et integreret kredsløb: for eksempel kanalerne i siliciumtransistorer eller finnerne i 3-D transistorer. Resten af kredsløbet ville stadig blive dannet ved hjælp af de konventionelle metoder.
IBM-gruppen brugte eksisterende fotolitografimetoder til at præmønstre en fotoresistbelægning til at danne en række dybe, parallelle skyttegrave. Disse skyttegrave hjælper derefter med at styre samlingen af blokcopolymerer, som er arrangeret i mønstre, der er nødvendige for at ætse transistorfinner, der var mindre og tættere pakket sammen, end det er muligt med fotolitografi alene. De resulterende arbejdsenheder havde funktioner så tæt på hinanden som 29 nanometer, langt mindre end de 80 nanometer, der i øjeblikket er mulige.
De har brugt disse polymerer ikke bare til at lave smukke mønstre, men til at lave nogle arbejdsenheder, siger Caroline Ross , en materialeforsker ved MIT, der forsker i rettet selvsamling. De har demonstreret en kreativ måde at få mønstre på, som normalt ikke ville dannes.
Direkte selvsamling er allerede ved at blive testet af nogle chipproducenter, siger Ng. Blokcopolymerer har dog en tendens til at samle sig med nogle defekter, og det er stadig uvist, om processen kan styres godt nok ved stor volumen.