La microelettronica, come i dispositivi a semiconduttore, è al centro delle tecnologie che usiamo ogni giorno. Mentre entriamo in un'era in cui stiamo estendendo i limiti della legge di Moore, è essenziale trovare nuovi modi per continuare a inserire più circuiti in ogni singolo dispositivo al fine di aumentare la velocità e la capacità dei nostri computer.

I ricercatori dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno sviluppato una nuova tecnica che potrebbe potenzialmente aiutare a realizzare questi dispositivi sempre più piccoli ma complessi. La tecnica, noto come incisione su strato molecolare, è dettagliato in un nuovo articolo pubblicato in Chimica dei materiali .

Per rendere la microelettronica più piccola, i produttori devono stipare sempre più circuiti su pellicole più piccole e strutture 3D. Oggi, ciò avviene utilizzando la deposizione e l'incisione di film sottili, tecniche per far crescere o rimuovere i film uno strato alla volta.

"La nostra capacità di controllare la materia su scala nanometrica è limitata dai tipi di strumenti che abbiamo per aggiungere o rimuovere strati sottili di materiale. L'incisione dello strato molecolare (MLE) è uno strumento che consente a produttori e ricercatori di controllare con precisione il modo in cui i materiali sottili, su scala microscopica e nanometrica, vengono rimossi, " ha detto l'autore principale Matthias Young, un assistente professore presso l'Università del Missouri ed ex ricercatore post-dottorato ad Argonne.

Insieme alla deposizione di strati molecolari (MLD), una tecnica di deposizione, MLE può essere utilizzato per progettare architetture microscopiche. Questi approcci sono analoghi della deposizione dello strato atomico (ALD) e dell'incisione dello strato atomico (ALE), le tecniche più comunemente applicate per la fabbricazione della microelettronica. Però, a differenza delle tecniche di stratificazione atomica, che trattano esclusivamente film inorganici, MLD e MLE possono essere utilizzati anche per far crescere e rimuovere i film organici.

Come funziona

In linea di principio, MLE funziona esponendo film sottili, diversi nanometri o micrometri di spessore, a impulsi di gas all'interno di una camera a vuoto. Il processo inizia con un gas (Gas A) che, all'ingresso, reagisce con la superficie del film. Prossimo, il film viene esposto ad un secondo gas (Gas B). Questo processo AB viene ripetuto fino a quando non viene rimosso lo spessore desiderato dal film.

"L'effetto netto di A e poi di B è la rimozione di uno strato molecolare dal tuo film, " ha detto il chimico di Argonne Jeff Elam, coautore dello studio. "Se esegui questo processo in sequenza, ancora e ancora, puoi ridurre lo spessore del tuo film per ottenere lo spessore finale desiderato."

Un aspetto chiave della MLD è che le reazioni di superficie A e B sono autolimitanti. Continuano solo fino a quando tutti i siti di superficie reattiva disponibili sono consumati, e poi le reazioni terminano naturalmente. Questo comportamento autolimitante è estremamente utile nella produzione poiché è relativamente facile scalare il processo fino a dimensioni del substrato più grandi.

I ricercatori hanno testato il loro approccio utilizzando alucone, un materiale organico simile alla gomma siliconica che ha potenziali applicazioni nell'elettronica flessibile. Il gas A nel loro esperimento era un sale contenente litio, e Gas B era trimetilalluminio (TMA), un composto organometallico a base di alluminio.

Durante il processo di incisione, il composto di litio ha reagito con la superficie del film di alucone in un modo che ha fatto sì che il litio si attaccasse alla superficie e interrompesse il legame chimico nel film. Quindi, quando la TMA è stata introdotta e ha reagito, ha rimosso lo strato di pellicola contenente litio. Il litio svolge un ruolo sacrificale:si deposita temporaneamente sulla superficie per rompere i legami chimici, ma viene poi rimosso dal TMA.

"Il processo può andare avanti strato per strato in questo modo e puoi rimuovere l'intero materiale se lo desideri, " ha detto il giovane.

Aprire nuove porte alla microelettronica

L'utilizzo di questa tecnica può aiutare produttori e ricercatori a sviluppare nuovi modi per realizzare nanostrutture. Il processo può anche essere un'opzione più sicura da utilizzare perché è privo di alogeni, componenti aggressivi di sostanze chimiche comuni in altri processi di incisione. Ha anche il vantaggio di essere selettivo; la tecnica di mordenzatura può rimuovere selettivamente gli strati MLD senza influenzare gli strati ALD vicini.

"MLE ha il potenziale per aiutare a inaugurare nuovi percorsi per la fabbricazione e il controllo delle geometrie dei materiali su scala nanometrica, che potrebbe aprire nuove porte nella microelettronica ed estendersi oltre il tradizionale ridimensionamento della legge di Moore, " ha detto Elam.

Il documento è intitolato "Incisione su strato molecolare di film di coni metallici utilizzando sali organici di litio e trimetilalluminio".