Negli ultimi decenni, i produttori di microchip sono alla ricerca di modi per rendere sempre più piccoli i modelli di fili e componenti nei loro microchip, per inserirne un numero maggiore su un singolo chip e continuare così l'incessante progresso verso computer più veloci e potenti. Questo progresso è diventato più difficile di recente, poiché i processi di produzione si scontrano con limiti fondamentali che coinvolgono, Per esempio, le lunghezze d'onda della luce utilizzate per creare i modelli.

Ora, un team di ricercatori del MIT e di Chicago ha trovato un approccio che potrebbe superare alcuni di questi limiti e rendere possibile la produzione di alcuni dei fili più stretti mai visti, utilizzando un processo che potrebbe essere facilmente ampliato per la produzione di massa con tipi di apparecchiature standard.

Le nuove scoperte sono riportate questa settimana sulla rivista Nanotecnologia della natura , in un articolo del postdoc Do Han Kim, studente laureato Priya Moni, e la professoressa Karen Gleason, tutti al MIT, e dal postdoc Hyo Seon Suh, Professor Paul Nealey, e altri tre presso l'Università di Chicago e l'Argonne National Laboratory. Mentre ci sono altri metodi che possono ottenere linee così sottili, la squadra dice nessuno di questi è conveniente per la produzione su larga scala.

Il nuovo approccio utilizza una tecnica di autoassemblaggio in cui i materiali noti come copolimeri a blocchi sono coperti da un secondo polimero. Si depositano su una superficie riscaldando prima il precursore in modo che evapori, poi lasciandolo condensare su una superficie più fresca, proprio come l'acqua si condensa all'esterno di un bicchiere freddo in una giornata calda.

"Le persone vogliono sempre modelli sempre più piccoli, ma raggiungerlo è diventato sempre più costoso, "dice Gleason, che è il rettore associato del MIT così come Alexander e I. Michael Kasser (1960) professore di ingegneria chimica. I metodi odierni per produrre elementi più piccoli di circa 22 nanometri (miliardesimi di metro) generalmente richiedono la creazione di un'immagine riga per riga, scansionando un fascio di elettroni o ioni attraverso la superficie del chip, un processo molto lento e quindi costoso da implementare su larga scala.

Il nuovo processo utilizza una nuova integrazione di due metodi esistenti. Primo, un modello di linee è prodotto sulla superficie del chip utilizzando tecniche litografiche standard, in cui la luce risplende attraverso una maschera negativa posta sulla superficie del chip. Quella superficie è incisa chimicamente in modo che le aree che erano illuminate si dissolvano, lasciando gli spazi tra loro come "fili" conduttivi che collegano parti del circuito.

Quindi, uno strato di materiale noto come copolimero a blocchi, una miscela di due diversi materiali polimerici che si segregano naturalmente in strati alternati o altri modelli prevedibili, viene formato mediante rivestimento a rotazione di una soluzione. I copolimeri a blocchi sono costituiti da molecole a catena, ciascuno costituito da due diversi materiali polimerici collegati end-to-end.

"Una metà è amica dell'olio, l'altra metà è amica dell'acqua, " spiega Kim. "Ma poiché sono completamente legati, sono in qualche modo attaccate l'una all'altra." Le dimensioni delle due catene predeterminano le dimensioni degli strati o altri modelli in cui si assemblano quando vengono depositate.

Finalmente, una cima, strato protettivo di polimero viene depositato sopra gli altri mediante deposizione chimica in fase vapore (CVD). Questo soprabito, si scopre, è una chiave del processo:limita il modo in cui i copolimeri a blocchi si autoassemblano, costringendoli a formare strati verticali anziché orizzontali, come una torta a strati su un lato.

Il motivo litografato sottostante guida il posizionamento di questi strati, ma le tendenze naturali dei copolimeri fanno sì che la loro larghezza sia molto minore di quella delle linee di base. Il risultato è che ora ce ne sono quattro (o più, a seconda della chimica) linee, ciascuno di loro un quarto più largo, al posto di ciascuno originale. Il livello litografato "controlla sia l'orientamento che l'allineamento" delle linee più sottili risultanti, spiega Moni.

Poiché lo strato polimerico superiore può essere ulteriormente modellato, il sistema può essere utilizzato per costruire qualsiasi tipo di patterning complesso, quanto necessario per le interconnessioni di un microchip.

La maggior parte degli impianti di produzione di microchip utilizza il metodo litografico esistente, e il processo CVD stesso è un passaggio aggiuntivo ben compreso che potrebbe essere aggiunto in modo relativamente semplice. Così, l'implementazione del nuovo metodo potrebbe essere molto più semplice rispetto ad altri metodi proposti per creare linee più sottili, come l'uso della luce ultravioletta estrema, che richiederebbe lo sviluppo di nuove sorgenti luminose e nuove lenti per focalizzare la luce. Con il nuovo metodo, Gleason dice, "non avresti bisogno di cambiare tutte quelle macchine. E tutto ciò che è coinvolto sono materiali ben noti".