211service.com
3D-transistorer gjorda med molekylär självmontering
Ett nytt sätt att bygga datorchip tar form som involverar syntetisering av molekyler så att de automatiskt sätts samman till komplexa strukturer - som sedan fungerar som mallar för att etsa kretsar i nanoskala till kisel. Tillvägagångssättet skulle kunna låta datorindustrin fortsätta att krympa elektroniken bortom upplösningen av befintliga tillverkningsmaskiner. IBM-forskare har varit de första att tillverka snabba 3D-transistorer med denna nya metod.
2011 antog datorindustrin 3D-transistorer för avancerade integrerade kretsar eftersom de växlar snabbare samtidigt som de förbrukar mindre ström än plana (se Hur tredimensionella transistorer gick från Lab till Fab ). Sådana kretsar har konventionellt gjorts via fotolitografi, samma process som används för de flesta datorkretsar. I denna process beläggs kiselskivor med ett ljuskänsligt material som kallas fotoresist, och exponeras sedan för ett mönster som gjorts genom att skina ljus genom ett filter som kallas en mask. Varhelst ljuset slår in, härdar fotoresisten; resten tvättas bort och skivan etsas sedan kemiskt för att skapa drag i utsatta delar av ytan.
För de snabbaste mikrochipsen, som har element så små som 22 nanometer och 80 nanometer från varandra, upprepas denna process cirka 30 gånger, säger Kwok Ng , direktör för nanotillverkning vid Semiconductor Research Corp. i North Carolina. Varje steg kräver sin egen dyra mask, och varje steg lägger till tid till processen. Fotolitografi kommer att fungera för nästa generations chips, med funktioner som är 14 nanometer stora. Men för snabbare chip med mindre funktioner kommer fotolitografi att bli för dyrt och komplicerat och kommer att möta gränser som bestäms av ljusets våglängd.
IBM-gruppen använde ett nytt tillvägagångssätt som kallas riktad självmontering, med användning av en klass av material som kallas blocksampolymerer (polymerkedjor består av två typer av monomerer eller block).
Det är möjligt att få dessa material att självmontera till komplexa mönster, till exempel en tätt packad rad för ränder. Detta görs genom att skräddarsy polymerernas längd, storlek och andra egenskaper, såsom hur två block attraherar och stöter bort varandra.
Mönster gjorda på detta sätt kan vara mycket tätare än vad som är möjligt med litografi. Det betyder att metoden kan användas för att skapa de minsta, tätast packade och enhetliga delarna av en integrerad krets: till exempel kanalerna i kiseltransistorer eller fenorna i 3D-transistorer. Resten av kretsen skulle fortfarande bildas med användning av konventionella metoder.
IBM-gruppen använde befintliga fotolitografimetoder för att förmönstra en fotoresistbeläggning för att bilda en serie djupa, parallella diken. Dessa diken hjälper sedan till att styra sammansättningen av blocksampolymerer, som är arrangerade i mönster som behövs för att etsa transistorfenor som var mindre och tätare packade än vad som är möjligt med enbart fotolitografi. De resulterande arbetsenheterna hade egenskaper så nära varandra som 29 nanometer, mycket mindre än de 80 nanometer som för närvarande är möjliga.
De har använt dessa polymerer inte bara för att göra vackra mönster utan för att göra några fungerande enheter, säger Caroline Ross , en materialvetare vid MIT som forskar om riktad självmontering. De har visat ett kreativt sätt att få mönster som normalt inte skulle bildas.
Riktad självmontering testas redan av vissa chiptillverkare, säger Ng. Emellertid tenderar blocksampolymerer att monteras med vissa defekter, och det återstår att se om processen kan kontrolleras tillräckligt bra vid stor volym.