Come siamo passati dai Palm Pilot degli anni '90 agli smartphone ultra potenti di oggi? In gran parte, a causa del ridimensionamento, dove i circuiti integrati sono realizzati con dimensioni delle caratteristiche più piccole che si adattano a sempre più elementi del circuito nella stessa area di silicio ad ogni generazione di tecnologia. Questo stabilisce le nostre aspettative che in altri 20 anni, i nostri dispositivi mobili di oggi assomiglieranno al Palm Pilot di ieri. Però, poiché gli attuali processi di fabbricazione dei semiconduttori si stanno avvicinando ai limiti fondamentali, e l'emergere dell'intelligenza artificiale sta guidando la domanda di architetture informatiche non tradizionali, sono necessari nuovi metodi per fabbricare su scala nanometrica.

Il mio team presso IBM Research – Almaden nella Silicon Valley ha inventato diversi nuovi materiali e processi di scienza dei materiali che aiutano a risolvere questi problemi. Il nostro lavoro, pubblicato di recente in Materiali applicati e interfacce , mostra un metodo per depositare selettivamente un materiale su caratteristiche di dimensioni piccole come 15 nm (ovvero 75, 000 volte più piccolo del diametro di una ciocca di capelli) semplicemente facendo crescere un film in un'area selezionata. Con i metodi tradizionali di fabbricazione, ciò richiederebbe il rivestimento di un substrato con resist, modellando il resist attraverso una fase di esposizione, sviluppo dell'immagine, depositando un film inorganico e quindi rimuovendo il resist per darti un materiale inorganico modellato. Abbiamo trovato un modo per depositare questo film inorganico molto più semplicemente, utilizzando un processo autoallineato, dove immergiamo un substrato premodellato in una soluzione contenente un materiale speciale e poi aggiungiamo quel substrato rivestito a una camera di deposizione e il gioco è fatto. Siamo letteralmente in grado di far crescere un componente di un dispositivo in modo controllabile su scala nanometrica.

Questo semplice processo di autoallineamento è uno strumento necessario per continuare a scalare poiché promette di semplificare processi complessi, risparmiando denaro e riducendo gli errori nei dispositivi finali. Inoltre, la nostra capacità di calcolare problemi complessi sta avanzando rapidamente, alimentato da tecnologie emergenti come l'intelligenza artificiale e l'informatica neuromorfica, ognuno dei quali ha requisiti hardware molto diversi rispetto ai tradizionali processi a semiconduttore. Il nostro processo di autoallineamento fornisce uno strumento aggiuntivo per fabbricare hardware non tradizionale che potrebbe richiedere strutture tridimensionali come gli array cross-point.

L'idea di una deposizione selettiva non è nuova. La novità è la sintesi e la dimostrazione di un nuovo materiale che ci ha permesso di farlo su una scala rilevante per l'industria dei semiconduttori. Abbiamo principalmente attinto da una profonda conoscenza nella sintesi di nuovi materiali e dalla capacità di adattare una struttura chimica per applicazioni impegnative;1 ai miei tempi ad Almaden, lo abbiamo dimostrato nello sviluppo di polimerizzazioni uniche, 2 materiali3, 4 e metodi di caratterizzazione5, 6. Una volta sviluppati metodi per ridimensionare questo processo, possiamo iniziare a integrarlo mentre costruiamo hardware di prossima generazione, che sia per il nuovo hardware AI o per la realizzazione di dispositivi nel nodo tecnologico a 7 nm o oltre. Il pensiero di far parte di un progresso tecnologico che potrebbe essere presente in ogni smartphone o hardware AI in futuro è uno sforzo incredibilmente eccitante.