Áttörés a félvezetőgyártásban: a Princeton egyetem kutatói 10 nanométeres csíkszélességű mintát nyomtattak egy szilíciumlemezre
 Stephen Chou |
A Nature június 20-i számában publikált módszerrel akár százszorosára is növelhető a tranzisztorok száma egy chipen. A Princeton egyetem kutatói ennek bizonyítására 10 nanométeres csíkszélességű mintákat hoztak létre egy szilíciumlemezen. Összehasonlításképp: a jelenleg kapható processzorok jellemzően 180 vagy 130 nanométeres csíkszélességgel készülnek. Az új módszer lényege, hogy az áramkör rajzolatát tartalmazó kvarcformát a szilíciumlemezre helyezik és a másodperc milliárdod részéig lézerrel megvilágítják. Ennek eredményeképp a szilícium felülete a kvarcforma éleinél megolvad, majd megszilárdul, és a minta rákerül a chipre.
A módszer alkalmazásával kikerülhető a jelenleg elterjedt fotolitográfiai eljárás alkalmazása, amely drága és időigényes. Míg fotolitográfiai módszerrel egy chip elkészítése 10-20 percig is eltarthat, a Chou-féle "nyomtatásos" megoldással a minta a másodperc törtrésze alatt elkészül.
"Itt nincs szükség azokra a bonyolult eljárásokra" -- mondta Chou. "Csak rányomtatjuk a mintát a szilíciumra. Ráadásul nem csak egyszerűen lerövidül a gyártási idő, itt a másodperc milliomod részéről van szó." Stephen Chou kutatásaiban egyébként Chris Keimel és Jian Gu végzős hallgatók segédkeztek.
Chou karrierje során nem először mutatott fityiszt a miniatürizáció fizikai korlátainak. 1996-ban már kifejlesztett egy módszert, amelynek segítségével pár nanométeres csíkszélességű mintákat lehetett műanyag polimerre nyomtatni. Ez a módszer rendkívül leegyszerűsítette a chipgyártáshoz használt minták készítését, de az ábrák szilíciumra való átültetéséhez továbbra is fotolitográfiai eljárást kellett használni.
Chou bízott benne, hogy lehetőség van a szilíciumra való közvetlen nyomtatásra, ráadásul gyorsan el lehet végezni. "Az emberek azt hiszik, hogy a mechanikus megoldások nagyon lassúak, vagyis a nyomtatás sem lehet gyors" -- mondta Chou. "De én tudom, hogy erre nincs tudományos bizonyíték. A kérdés az volt, hogyan kísérletezzük ki a leggyorsabb nyomtatást?"
A lézeres nyomtatás menete -- chipgyártás a másodperc milliárdod része alatt
A választ végül az orvostechnológiában már széles körben elterjedt excimer lézer adta meg. Ez a lézer, amelyet ma már számos műtét során alkalmaznak, az anyagoknak csak a felületét melegíti fel, miközben nem okoz kárt a mélyebb rétegekben. Chou hagyományos maratással elkészített egy kvarcmintát, amely a lézersugár számára "átlátszó". A kvarcmintát a szilíciumlemezre helyezte, és a lézer segítségével a minta éleinél megolvasztotta a szilíciumot, amely így felvette a kvarcminta rajzolatát.
Elektronmikroszkóp alatt látható, hogy a felvitt minták hosszú, lekerekített élű csatornákhoz hasonlítanak. A csatornák 110 nanométer mélyek, 140 nanométer szélesek és éleik mentén egy mintegy 10 nanométer széles "gát" található. Összehasonlításképp: egy 10 nanométeres szál és egy emberi hajszál átmérőjében hozzávetőleg úgy aránylik egymáshoz, mint egy gombostű és egy vasúti kocsi.
Balra a kvarcminta, jobbra a szilíciumra készült nyomat
Chou az eljárást Laser-Assisted Direct Imprintnek, azaz LADI-nak keresztelte el. A Princeton egyetem beadta szabadalmi kérelmét. Chou szerint a LADI jól kiegészíti korábbi munkásságát: a kutató 1996-ban már elkészítette a világ legkisebb tranzisztorát, amely mindösze 1 elektronnyi árammal működött, azonban egészen idáig nem volt megfelelő technológia ahhoz, hogy ilyen transzitorokat nagy mennyiségben lehessen előállítani.
A LADI további előnye, hogy használatához nem szükségesek a fotolitográfiai eljáráshoz nélkülözhetetlen vegyszerek, így a LADI nemcsak gyors, hanem olcsó és a környezetet sem szennyezi annyira -- tette hozzá büszkén Chou.