I ricercatori del MIT hanno sviluppato un nuovo approccio per creare la complessa serie di fili e connessioni su microchip, utilizzando un sistema di polimeri autoassemblanti. Il lavoro potrebbe eventualmente portare a un modo per realizzare componenti più densi su chip di memoria e altri dispositivi.
Il nuovo metodo — sviluppato dal dottorando in visita del MIT Amir Tavakkoli della National University of Singapore, insieme ad altri due studenti laureati e tre professori nei dipartimenti di ingegneria elettrica e informatica (EECS) e Scienza e ingegneria dei materiali (DMSE) del MIT - è descritto in un articolo pubblicato questo agosto sulla rivista Materiale avanzato ; il documento è ora disponibile online.
Il processo è strettamente correlato a un metodo che lo stesso team ha descritto il mese scorso in un articolo in Scienza , che consente di realizzare configurazioni tridimensionali di fili e connessioni utilizzando un analogo sistema di polimeri autoassemblanti.
Nel nuovo giornale, i ricercatori descrivono un sistema per produrre matrici di fili che si incontrano ad angolo retto, formare quadrati e rettangoli. Sebbene queste forme siano la base per la maggior parte dei layout di circuiti a microchip, sono abbastanza difficili da produrre attraverso l'autoassemblaggio. Quando le molecole si autoassemblano, spiega Caroline Ross, il professore Toyota di scienza e ingegneria dei materiali e coautore degli articoli, hanno una tendenza naturale a creare forme esagonali, come in un nido d'ape o una serie di bolle di sapone tra lastre di vetro.
Per esempio, una serie di minuscoli cuscinetti a sfera in una scatola "tende a dare una simmetria esagonale, anche se è in una scatola quadrata, " dice Ross. "Ma non è questo che vogliono i progettisti di circuiti. Vogliono modelli con angoli di 90 gradi" - così superare quella tendenza naturale era essenziale per produrre un utile sistema autoassemblante, lei dice.
La soluzione del team crea una serie di minuscoli perni sulla superficie che guidano lo schema delle molecole polimeriche autoassemblanti. Questo risulta avere anche altri vantaggi:oltre a produrre modelli quadrati e rettangolari perfetti di piccoli fili polimerici, il sistema consente inoltre la creazione di svariate forme del materiale stesso, compresi i cilindri, sfere, ellissoidi e doppi cilindri. "Puoi generare questa stupefacente serie di funzioni, " dice Rossi, "con un modello molto semplice."
Karl Berggren, professore associato di ingegneria elettrica al MIT e coautore dell'articolo, spiega che queste forme complesse sono possibili perché "il modello, che è rivestito in modo da respingere uno dei componenti polimerici, provoca un sacco di tensione locale sul modello. Il polimero poi si torce e gira per cercare di evitare questo ceppo, e così facendo si riorganizza in superficie. Così possiamo sconfiggere le inclinazioni naturali del polimero, e fargli creare modelli molto più interessanti."
Questo sistema può anche produrre caratteristiche, come serie di fori nel materiale, la cui distanza è molto più ravvicinata di quella che può essere ottenuta utilizzando i metodi convenzionali di produzione di trucioli. Ciò significa che può produrre caratteristiche molto più ravvicinate sul chip di quanto non possano creare i metodi odierni, un passo importante negli sforzi in corso per imballare sempre più componenti elettronici su un dato microchip.
"Questa nuova tecnica può produrre più [forme o motivi] contemporaneamente, " dice Tavakkoli. Può anche creare "schemi complessi, che è un obiettivo per la fabbricazione di nanodispositivi, " con meno passaggi rispetto ai processi attuali. La fabbricazione di una vasta area di circuiti complessi su un chip utilizzando la litografia a fascio di elettroni "potrebbe richiedere diversi mesi, " dice. Al contrario, l'utilizzo del metodo del polimero autoassemblante richiederebbe solo pochi giorni.
È ancora troppo lungo per la produzione di un prodotto commerciale, ma Ross spiega che questo passaggio deve essere eseguito solo una volta per creare un modello principale, che può quindi essere utilizzato per stampare un rivestimento su altri chip in un processo di fabbricazione molto rapido.
La tecnica potrebbe estendersi anche oltre la fabbricazione di microchip, dice Ross. Per esempio, un approccio alla ricerca di impacchettare quantità sempre maggiori di dati su supporti magnetici come i dischi rigidi dei computer è quello di utilizzare un rivestimento magnetico con un motivo molto sottile stampato su di esso, definire con precisione le aree in cui memorizzare ogni bit di dati. Tale modello fine potrebbe potenzialmente essere creato utilizzando questo metodo di autoassemblaggio, lei dice, e poi impresso sui dischi.
I colleghi di Tavakkoli e Ross in questo lavoro sono gli studenti di dottorato DMSE Adam Hannon e Kevin Gotrik, Professore DMSE Alfredo Alexander-Katz e professore EECS Karl Berggren. La ricerca, che includeva il lavoro presso il Laboratorio di nanostrutture del MIT e la struttura di litografia a scansione elettronica a fascio, è stato finanziato dalla Semiconductor Research Corporation, il Centro di nanoarchitettura funzionale ingegnerizzata, l'Istituto nazionale delle risorse, l'alleanza Singapore-MIT, la Fondazione Nazionale della Scienza, la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company e Tokyo Electron
