ČO BUDE ĎALEJ; Čipy budúcnosti vyrobené so starou dobrou mechanikou

VÝROBA počítačových čipov je zložitý a nákladný proces, o to viac, že ​​polovodičový priemysel sa snaží vytvoriť stále rýchlejšie obvody.

Profesor elektrotechniky na Princetonskej univerzite však obišiel komplikácie fotolitografie, hlavného procesu používaného na vytváranie čipov, tým, že zvolil iný prístup.

V metóde návratu do budúcnosti Dr. Stephen Y. Chou, vedúci laboratória NanoStructure Laboratory v Princetone, vytvoril extrémne jemné kanály na kremíku nie opticky ani chemicky, ale mechanicky, pomocou jednoduchého, ultrarýchleho procesu tlače, ktorý vytlačí nepatrné vzory priamo na povrchu čipu.

Táto technológia je prekvapivo nekomplikovaná, povedal Dr. Chou. Výskumníci lisujú formu priamo do roztaveného kremíka, rovnako ako pisatelia listov raz opečiatkovali roztavený vosk pečaťou, aby uzavreli svoje obálky. A tak ako pri tuhnutí vosku zostáva negatívny dojem z pečiatky, tak pri tuhnutí kremíka zostáva negatívny profil formy.

''Dokážeme vytvoriť detaily na úrovni 10 nanometrov na kremíku,'' povedal Dr. Chou o technike, ktorá sa nazýva laserom asistovaná priama tlač. Naproti tomu pokročilé fotolitografické metódy, pri ktorých sa očakáva, že sa budú používať na obmedzenú produkciu funkciami jesennej tlače, ktoré merajú celých 90 nanometrov na mikročipoch. Nanometer je jedna miliardtina metra.

V procese Dr. Chou, ktorý opísal minulý mesiac v správe v časopise Nature, sa jeden impulz ultrafialového excimerového lasera aplikuje cez kremennú formu na kremík. Kremeň je priehľadný pre vlnovú dĺžku tohto lasera.

Laserový impulz roztaví iba povrchovú vrstvu kremíka. Tlak aplikovaný na formu potom vtlačí roztavený kremík do zákutí formy. ''Čokoľvek pod vrstvou tekutého kremíka nie je ovplyvnené, pretože topenie je také rýchle'' a pretože všetko svetlo je absorbované blízko povrchu kremíka, povedal Dr. Chou.

Dr. George M. Whitesides, profesor chémie na Harvardskej univerzite, ktorý tiež pracuje na alternatívnych spôsoboch vytvárania nanoštruktúr, o práci Dr. Chou povedal: „Toto je určite nový, neočakávaný spôsob formovania topografie kremíka. Roztaviť a tvarovať kremík tak efektívne, ako to dokázal Chou, je pozoruhodné.''

Viskozita roztaveného kremíka je veľmi nízka, takže sa rýchlo prispôsobuje kanálom vo forme, povedal Dr. Chou. V experimente uviedol čas razenia menej ako 250 miliárd sekúnd - oveľa kratší ako žmurknutie oka. ''Mechanické procesy sa ľuďom vždy zdajú pomalšie'' ako elektronické alebo optické, povedal Dr. Chou. ''Ukazujeme, že tento mechanický proces je možné vykonať spôsobom, ktorý je ultrarýchly.''

Dr Chou povedal, že jeho prístup bol inšpirovaný pokrokmi v mikroskopii založenej nie na optike, ale na mechanike. ''Ukazuje sa, že malý mechanický hrot na skenovacom tunelovom mikroskope dokáže zobraziť povrchy v oveľa lepšom rozlíšení ako elektrónový lúč,'' povedal. ''Vidím tu paralelu s možnou účinnosťou razenia verzus fotolitografia.''

Fotolitografické techniky používané na výrobu obvodov na mikročipoch sú čoraz zložitejšie, pretože výskumníci pracujú so svetlom kratších vlnových dĺžok, aby vyrobili čipy, ktoré sú rýchlejšie a výkonnejšie. Čím je vlnová dĺžka kratšia, tým jemnejšie sú znaky, ktoré možno vpísať, a tým menej času budú elektróny potrebovať na prechod obvodom.

Ale ako sa rozmery zmenšujú, konvenčné litografické postupy sú oveľa ťažšie a drahšie.

Aby sa obišli tieto problémy, elektronický priemysel preskúmal možnosti extrémneho ultrafialového svetla, röntgenových lúčov a dokonca aj tajomných kvantových stavov svetla nazývaných zapletené fotónové páry v nádeji, že na doštičkách vytvorí jemnejšie vzory.

Ale metóda Dr. Choua úplne obchádza problém vlnovej dĺžky. Tsu-Jae King, riaditeľ mikrovýrobného laboratória na Kalifornskej univerzite v Berkeley, povedal, že metóda Dr. Chou môže poskytnúť čiastočné riešenie raketovo rastúcich nákladov na výrobu kremíkových čipov.

''Optická litografia bude naďalej prekážkou z hľadiska nákladov,''povedala. ''DR. Jednoduchá technika priameho odtlačku Chou môže pomôcť odvetviu nájsť lacnejšie riešenia.''

Dr. King je jedným z mnohých výskumníkov, ktorí sa zaujímajú o vývoj lacných metód na doplnenie alebo nahradenie fotolitografie. ''Ľudia si začínajú uvedomovať, že mechanické procesy môžu byť spoľahlivejšie a lacnejšie,'' povedala. Technológia Dr. Chou nemusí byť použiteľná pre každú úroveň čipu, povedala, ale mohla by nájsť využitie v kritických vrstvách, pokiaľ sú všetky vrstvy presne zarovnané.

Dr. Whitesides povedal, že ak sa presadí nanovýroba, metóda Dr. Chou by mohla byť užitočná. ''Ak sa technológia posunie smerom k nanoúrovni, napríklad pre implantovateľné zariadenia,'' povedal, ''techniky potrebné na výrobu takýchto objektov nemusia byť nevyhnutne tie, ktoré sú optimalizované pre mikroelektroniku.''

Budúcnosť nanotechnológií bude závisieť od úspechu pri vytváraní štruktúr menších ako 100 nanometrov, povedal - čo je obrovská výzva. Nanometer je taký malý, že je to palec, čo je palec pre 400 míľ.

Dr. Whiteside povedal, že fotolitografia by mohla byť upravená tak, aby vytvárala štruktúry, ale zmeny by boli veľmi drahé a zložité.

''Otázka je, aké druhy technológií budú fungovať pri týchto veľkostiach?'' povedal. ''Svetlo je vo svojej podstate veľmi veľké. Takže ak chcete vyrábať predmety, ktoré majú 20 nanometrov a menej, tieto techniky tvarovania budú pravdepodobne fungovať lepšie pre jednoduchšie veci ako fotolitografia.

Proces embosovania kremíka Dr. Chou by mohol mať prvý veľký vplyv na výrobu MEMS, ultramalých mikroelektromechanických zariadení vyrobených rovnakým spôsobom ako počítačové čipy, ktoré robia také veci, ako je spúšťanie airbagov a vrhanie svetla v digitálnych projektoroch. ''Podstatou MEMS je vziať jednoduché povrchy a formovať ich,''povedal Dr. Whitesides. ''Toto môže byť lacnejší spôsob, ako sa tam dostať.''

Metódu možno použiť pre iné materiály a iné procesy, ktoré zahŕňajú trojrozmerné vzorovanie. Bežná litografia a lept nie sú vhodné na vytváranie takýchto tvarov.

Dr. Whitesides povedal, že prácu Dr. Chou považuje za veľmi zaujímavú. ''Myšlienka je obyčajná - formovať kvapalinu,''povedal. ''Ale myšlienka manipulovať kremík ako kvapalinu nie je.''