211service.com
Superkritisk kuldioxid
Computerchipproducenter står over for et par svære udfordringer: den ene miljømæssig, den anden rent teknisk. Hvert år suger et typisk spånfremstillingsanlæg omkring fire millioner liter ultrarent vand op og bruger et hav af giftige kemikalier til at skrubbe og forberede mikrochips til brug. Samtidig forsøger virksomheder i den stærkt konkurrenceprægede industri yderligere at krympe transistorer og andre enheder på chips for fortsat at gøre computere og anden mikroelektronik billigere og hurtigere. Løsningen på begge disse udfordringer kunne komme fra en usandsynlig kilde: kuldioxid.
Kuldioxid har længe været miljøforkæmperes nemesis på grund af dets rolle i den globale opvarmning, men under de helt rigtige forhold - nemlig højtryk og den rigtige temperatur - er det et af naturens bedste og mest miljøvenlige opløsningsmidler. Koffeinfri kaffe elskere, for eksempel, drage fordel af dens evne til at fjerne koffein fra kaffebønner. I løbet af de sidste par år har kuldioxid også gjort indtog i renseriet, hvilket giver et sikkert rengøringsalternativ til den kemiske perchlorethylen. Men det er på den højteknologiske front, at kuldioxid kan gøre sin største indflydelse. Der er enorme muligheder, siger University of North Carolina kemiker Joseph DeSimone. Jeg er overbevist om, at kuldioxid vil dominere flere af nøgletrinene i mikroelektronik.
Denne historie var en del af vores januarudgave fra 2002
- Se resten af problemet
- Abonner
Kuldioxid kunne give halvlederindustrien en mere miljørigtig måde at skrubbe silicium på, men det kunne også tillade den fortsatte miniaturisering af integrerede kredsløb. Og det betyder hurtigere og billigere computere og forbrugerelektronik. Den miljømæssige vinkel vil få [chipproducenter] til at se godt ud, men de vil ikke kun ombygge på grundlag af det, siger Craig Taylor, en superkritisk væskeforsker ved Los Alamos National Laboratory i New Mexico. Det, der er interessant for industrien, er, at superkritisk kuldioxid kan være en teknologi, der gør det muligt at gå til mindre dimensioner.
Forskere har i mere end et århundrede vidst, at kuldioxid ved 75 gange atmosfærisk tryk og 31 C går i en mærkelig tilstand, som kemikere kalder superkritisk. I denne tilstand bliver væske- og gasformerne af kuldioxid ikke til at skelne: de smelter sammen til en væske med usædvanlige egenskaber. Blandt de mærkeligste falder væskens viskositet til næsten ingenting, og dens overfladespænding går til nul. Den lave viskositet betyder, at den flyder usædvanligt godt med lav modstand, og den nul overfladespænding betyder, at væskens overflade ikke krøller sammen ved kanterne og klæber til siderne af dens beholder. Nettoresultatet: superkritisk kuldioxid kan strømme ind i sprækker og kroge så små, at andre flydende opløsningsmidler ville tygge op.
Forskere ved Los Alamos, University of North Carolina og andre steder har undersøgt muligheden for, at brug af superkritisk kuldioxid - eller flydende kuldioxid, der svæver lige under den superkritiske tilstand - kunne lade dem lave funktioner på mikrochips på et hidtil uset opløsningsniveau. I fotolitografi, den grundlæggende proces, der bruges til chipfremstilling, udsættes en fotoresist (et lysfølsomt materiale, der dækker siliciumchippen) for lys, der skinner gennem en maske; den eksponerede fotoresist vaskes derefter af og efterlader et mønster på siliciumet. Eksisterende teknologi bruger typisk en vandopløsning til at vaske fotoresisten væk. Men strukturerne bliver så små, at selve vandets høje overfladespænding kan være ødelæggende, forklarer DeSimone. Ligesom honning hældes over et korthus, kan vandet kollapse de sarte siliciumelementer. Superkritisk kuldioxid kan skylle over strukturerne uden at ødelægge dem.
Kuldioxid kunne også være en måde at nedlægge de ultratynde kobbertråde, der bruges i nutidens bedste mikrochips. Jim Watkins og kolleger ved University of Massachusetts fandt for nylig ud af, at de kunne opløse metalliske forbindelser i kuldioxid og hælde opløsningen i de tætte afkroge af skyttegrave, der var ætset ind i siliciumet for at danne ledningerne. Når forskerne tilføjer brintgas, frigiver forbindelserne deres metalbelastninger på siliciumoverfladerne for at skabe højkvalitetsforbindelser, der er tyndere end 100 nanometer.
Hvis kuldioxid kan rense spånfremstillingen, kan det give en klassisk win-win-situation for dem, der balancerer miljøpåvirkning og produktionsydelse i den højteknologiske industri. Producenter vil være i stand til at fortsætte med at producere chips med de krympende funktioner, der er nødvendige for morgendagens stadig hurtigere computere. Og dem i Silicon Valley kan spare deres vandforsyninger til at lave koffeinfri latte.