Американские учёные показали, как строить чипы снизу вверх — сейчас их создают наоборот

Традиционно полупроводниковая литография создаёт чипы сверху вниз по мере протравливания подложки всё глубже и глубже. Это удобно, но сильно ограничивает детализацию на самом глубоком уровне. Группа учёных из Массачусетского технологического института (MIT) предложила строить чипы наоборот — начиная от мельчайшего нанокирпичика на чистой подложке до готовых к работе сложных наноструктур, что должно улучшить характеристики электроники.

В определённой степени предложенный техпроцесс представляет собой штамповку в виде переноса рабочего материала по шаблону на кремниевую подложку. Такие методы уже используются, но имеют один серьёзный недостаток: кремний и чип загрязняются либо деформируются, что ведёт к повышению уровня заводского брака, поскольку в процессе переноса для закрепления «строительного» материала на подложке используется клей, отжиг или высокое давление.

Исследователи из MIT пошли по иному пути. Они смогли расчётливо распорядиться атомными и молекулярными силами, которые закрепили наночастицы на поверхности кремниевой подложки лучше всякого клея. Строго говоря, учёные задействовали два типа явлений — капиллярное движение жидкостей и силы Ван-дер-Ваальса.

Наночастицы строительного материала в виде кубиков со сторонами 50 нм в капле жидкости наносились на шаблон, после чего происходил процесс равномерного распределения нанокирпичиков по шаблону. Этому способствовали капиллярные явления. Затем рисунок каждого слоя (шаблон) переносился на произвольную подложку, например, кремниевую. Жидкость также способствовала переносу рисунка из наночастиц на подложку. Когда она высыхала, наночастицы продолжали удерживаться на подложке, но уже за счёт другого явления — за счёт силы Ван-дер-Ваальса. Эти силы оказываются достаточно надёжным «цементом» (действуя на границе раздела подложки и наночастицы), чтобы рисунок намертво прилипал к подложке с точностью до каждой наночастицы.

«Эти силы повсеместно распространены и часто могут быть губительными при изготовлении наноразмерных объектов, поскольку они могут привести к разрушению структур. Но мы можем придумать способы очень точного управления этими силами, чтобы использовать их для управления манипуляциями на наноуровне», — заявил один из авторов исследования.

При таком переносе наночастиц уровень брака снижается до менее 5 %, сообщают учёные. Поверхность подложки остаётся нетронутой: никакие растворители и клеи не используются, что повышает чистоту производства. В перспективе предложенное решение поможет создавать электронные компоненты нанометровых размеров с высочайшей степенью детализации и точности, что наверняка улучшит работу полупроводниковых приборов.