Neue Lithographie-Technik ermöglicht präzise Nanomaterial-Strukturierung für die Herstellung von Schaltkreisen im Nanometerbereich

CASAS DEL FUTURO,Documental,TECNOLOGIA,MEJORES DOCUMENTALES,TECHNOLOGY (March 2019).

Anonim

Neue Lithographie-Technik ermöglicht präzise Nanomaterial-Strukturierung für die Herstellung von Schaltkreisen im Nanometerbereich


Nanoskalige Schaltkreise sind der Schlüssel für die Zukunft der Elektronik. Eine neue Methode der Photolithographie ermöglicht

Die Photolithographie ist eine Technik, die bei der Mikrofabrikation verwendet wird, die auf lichtempfindlichen Resists beruht, um Dinge wie Mikroschaltkreise und Mikroprozessoren zu erzeugen. Die Technik ist seit fast 50 Jahren der Herstellungsstandard, jedoch hat sich das Verfahren Materialgrenzen angenähert und die Technologie des Standes der Technik ist extrem teuer geworden. Wenn unsere Strukturen kleiner werden, benötigen sie immer kleinere Wellenlängen des Lichts, um die Schaltung zu ätzen.

Während die Photolithographie bei der Entwicklung unserer Mikrofabrikationstechnologie äußerst nützlich war, hat sie Grenzen. Anfänglich wurde das Verfahren für den Einsatz in der sich entwickelnden Siliziumindustrie verfeinert, aber die aktuelle Technologie hat die fundamentalen Grenzen des Materials erreicht. Gegenwärtige Photolithographietechniken sind nur auf einen engen Bereich von Materialien anwendbar, hauptsächlich auf Abweichungen von Silizium.

In dem Bestreben, immer mehr Funktionalitäten in Mikroprozessoren zu ermöglichen, haben Forscher nach Alternativen zur Photolithographie in der Mikrofabrikation gesucht. Nanomaterialien sind ein ausgezeichneter Kandidat und haben einige einzigartige Eigenschaften, die in größeren Materialien nicht zuverlässig ausgenutzt werden können.

Links: Ein von den Forschern entwickeltes Muster (etwa die Größe eines Reiskorns). Rechts: Die Bleisulfidpartikel, die es ausmachen (jeweils acht Nanometer Durchmesser). Bild mit freundlicher Genehmigung von Dmitri Talapin und Yuanyuan Wang über die Universität von Chicago

Die Herstellung von Komponenten, die diese Materialien verwenden, war sehr schwierig, da uns geeignete Techniken fehlten und Kompatibilitätsprobleme auftraten.

Kürzlich hat eine Forschungsgruppe, die sich aus Mitgliedern der Universität von Chicago und des Argonne National Laboratory zusammensetzt, ein neues Verfahren mit der Bezeichnung DOLFIN entwickelt, das es ermöglicht, mit Präzision auf dem neuesten Stand der Technik zu produzieren.

Der DOLFIN Vorteil

Normalerweise ist eine Vielzahl von Schritten erforderlich, um einzelne Schichten in nanoskaligen Mustern zu erzeugen. Es gibt normalerweise auch mehrere aufeinanderfolgende Schichten, die gemustert werden müssen. Das Team umging dies, indem es die Notwendigkeit eines Photoresists eliminierte.

Der von ihnen entworfene Prozess zielte darauf ab, die Verwendung von Photoresists zu vermeiden, indem Liganden verwendet werden, die auf Licht reagieren, um Veränderungen in Nanokristallen in einem Lösungsmittel zu induzieren.

Zuerst erstellte das Team die Mustermaterialien mithilfe der Geometrie spezifischer Nanokristalle und befestigte sie an photoreaktiven Liganden. Eine Standard-Lithographiemaske, die mit einer Form von Glas konstruiert wurde - in diesem Prozess als "Maske" bekannt - wird beleuchtet und als eine Schablone verwendet, um ultraviolettes Licht auf das Substrat zu richten.

Muster auf anorganischen Materialien erstellt. Bild mit freundlicher Genehmigung von Dmitri Talapin und Yuanyuan Wang über UChicago Creative

Dies eliminiert die Notwendigkeit eines Photoresists, indem die Eigenschaften der mit photoaktivem Ligand überzogenen Nanokristalle verwendet werden, um die Struktur in Abwesenheit von Licht zu verändern.

Der Prozess hat sich bei der Erstellung mehrerer Schichten als sehr nützlich und effizient erwiesen. Überraschenderweise wurde nachgewiesen, dass das Verfahren mit mehreren verschiedenen Substraten wie Glas, Silizium und verschiedenen Polymeren kompatibel ist. Das Verfahren war in der Lage, Standard-Photopolymertechniken bei der Erzeugung von mehrschichtigen 3D-Mustern zu übertreffen, indem der Prozess von 43 Stufen auf 19 reduziert wurde, während vergleichbare Mengen an UV-Belichtung verwendet wurden. Das Ergebnis war ein billigeres und effizienteres Verfahren als herkömmliche Photolithographietechniken.

Yuanyuan Wang, der leitende Forscher der Zeitung, mit einer Beispielmaske. Bild mit freundlicher Genehmigung der Universität von Chicago

"Es kann mit einer breiten Palette von Materialien verwendet werden, einschließlich Halbleitern, Metallen, Oxiden oder magnetischen Materialien - alle üblicherweise in der Elektronikfertigung verwendet", sagte Yuanyuan Wang, Leitautor und Forscher an der Universität von Chicago.

Während sich der Prozess in seinen aktuellen Design-Parametern als nützlich erwiesen hat, muss er noch auf etwas wie die Massenproduktion von Milliarden von Transistoren hochskaliert werden.

Der ursprüngliche Forschungsartikel kann im Journal of Science gefunden werden .