Американские ученые открыли, как ускорить производство чипов и одновременно уменьшить дефекты
Ученые из США обнаружили, как существенно упростить производство микрочипов с элементами нанометрового размера. В настоящее время при производстве чипов в основном используются маски, травление и многоэтапная обработка. Исследователи предложили литейную форму, наполненную жидким металлом. Технология показала низкий процент брака и высокую управляемость характеристик литых диодов и транзисторов.
Метод, предложенный учеными Университета штата Северная Каролина, не достигает технологических норм современных чипов. Пока компания TSMC штурмовала бастион технологических процессов с нормами до 2 нм, исследователи продемонстрировали минимальную ширину проводника, отлитого из жидкого металла, в районе 44 нм, а максимальную — около 1000 нм. На этом контрасте может показаться, что новым технологиям нет места в современном мире, но это не так. Литье зависит от размера матрицы и демонстрирует головокружительную простоту изготовления чипов, которые можно найти во многих приложениях.
Однако это не совсем литье, хотя процесс изготовления с использованием жидких металлов в целом одинаков.
Для своей работы ученые использовали так называемый Металл Филдса — легкоплавкий сплав индия, висмута и олова. Металл помещают рядом с матрицей и дают возможность окислиться – образовать на ее поверхности оксидный слой. После этого образуется жидкость, содержащая лиганды – вещества (молекулы), которые связываются с ионами металлов в оксиде, и эта жидкость с лигандами и связанными с ними ионами помещается в форму – отпечаток будущего чипа.
Жидкость проникает в матрицу за счет капиллярного действия. После заполнения формы ей дают постоять, чтобы жидкость испарилась из раствора. Это позволяет удалить форму, не повреждая отливку. Наконец, отливку медленно нагревают до 600°С и оставляют стоять на один час, что фиксирует рисунок. Параллельно лигандный состав разлагается с выделением кислорода и углерода. Кислород немедленно связывается с ионами металлов и образует с ними оксиды, обладающие полупроводниковыми свойствами – получаются заготовки для диодов и транзисторов. При сжигании углерода на нанопроволоках и клетках образуется графеновое покрытие, которое защищает их от окисления и улучшает их проводящие свойства.
Ученые показали, что предложенная технология позволяет создавать элементы, чувствительные как к свету, так и к электрическому току. В таком производстве брака гораздо меньше. Скорость производства чипов намного выше, чем на современных заводах по производству полупроводников.
