(Phys.org)—I ricercatori dell'Università dell'Illinois hanno un nuovo metodo a basso costo per incidere caratteristiche delicate su wafer di semiconduttori usando la luce – e guarda come accade.

"Puoi usare la luce per immaginare la topografia e puoi usare la luce per scolpire la topografia, ", ha affermato il professore di ingegneria elettrica e informatica Gabriel Popescu. "Potrebbe cambiare il futuro dell'incisione dei semiconduttori".

I produttori di chip e i ricercatori di semiconduttori devono controllare in modo molto preciso le dimensioni dei loro dispositivi. Le dimensioni dei componenti influiscono sulle prestazioni, velocità, tasso di errore e tempo al fallimento.

I semiconduttori sono comunemente modellati mediante incisione con sostanze chimiche. Errori di incisione, come strati residui, può influire sulla capacità di elaborare e incidere ulteriormente, oltre a ostacolare le prestazioni del dispositivo. Così, i ricercatori utilizzano processi lunghi e costosi per garantire un'incisione precisa:per alcune applicazioni, entro pochi nanometri.

La nuova tecnica dei ricercatori dell'Illinois può monitorare la superficie di un semiconduttore mentre viene incisa, in tempo reale, con risoluzione nanometrica. Utilizza un tipo speciale di microscopio che utilizza due fasci di luce per misurare la topografia in modo molto preciso.

"L'idea è che l'altezza della struttura possa essere determinata in quanto la luce si riflette sulle diverse superfici, " ha detto il professore di ingegneria elettrica e informatica Lynford Goddard, che ha co-guidato il gruppo con Popescu. "Guardando il cambiamento di altezza, capisci il tasso di incisione. Ciò che ci consente di fare è monitorarlo mentre sta effettuando l'incisione. Ci consente di calcolare la velocità di incisione sia nel tempo che nello spazio, perché possiamo determinare la velocità in ogni posizione all'interno del wafer semiconduttore che si trova nel nostro campo visivo."

Il nuovo metodo è più veloce, costo inferiore, e meno rumorosi dei metodi ampiamente utilizzati della microscopia a forza atomica o della microscopia a scansione a effetto tunnel, che non può monitorare l'incisione in corso ma confrontare solo le misurazioni prima e dopo. Inoltre, il nuovo metodo è puramente ottico, quindi non c'è contatto con la superficie del semiconduttore e i ricercatori possono monitorare l'intero wafer in una volta invece che punto per punto.

"Direi che il vantaggio principale della nostra tecnica ottica è che non richiede alcun contatto, " Popescu ha detto. "Stiamo solo inviando luce, riflesso dal campione, al contrario di un AFM in cui è necessario venire con una sonda vicino al campione."

Oltre a monitorare il processo di incisione, la luce catalizza lo stesso processo di incisione, chiamato incisione fotochimica. L'incisione chimica tradizionale crea caratteristiche in gradini o plateau. Per superfici curve o altre forme, i ricercatori dei semiconduttori utilizzano l'incisione fotochimica. Generalmente, la luce brilla attraverso lastre di vetro molto costose chiamate maschere che hanno modelli distinti di grigio per far passare la luce per gradi. Un ricercatore deve acquistare o creare una maschera per ogni modifica di un modello fino a ottenere il modello corretto di caratteristiche.

Al contrario, il nuovo metodo utilizza un proiettore per illuminare un'immagine in scala di grigi sul campione da incidere. Ciò consente ai ricercatori di creare modelli complessi in modo rapido e semplice, e regolarli secondo necessità.

"Creare ogni maschera è molto costoso. Non è pratico per la ricerca, " disse Goddard. "Poiché la nostra tecnica è controllata dal computer, può essere dinamico. Quindi puoi iniziare a incidere una forma particolare, a metà realizza che vuoi fare qualche cambiamento, e poi cambia lo schema del proiettore per ottenere il risultato desiderato."

I ricercatori immaginano questa tecnologia applicata oltre l'incisione, al monitoraggio in tempo reale di altri processi nella scienza dei materiali e nelle scienze della vita, ad esempio guardando i nanotubi di carbonio che si autoassemblano, o monitoraggio degli errori durante la produzione di chip per computer su larga scala. Potrebbe aiutare i produttori di chip a ridurre i costi e i tempi di elaborazione garantendo che le apparecchiature rimangano calibrate.