En transformant un problème courant dans la fabrication de puces en un avantage, Les chercheurs du MIT produisent des structures de seulement 30 atomes de large.

La fabrication de dispositifs à l'échelle nanométrique - les transistors dans les puces informatiques, l'optique dans les puces de communication, les systèmes mécaniques dans les biocapteurs et dans les puces microfluidiques et micro-miroirs - dépendent encore massivement d'une technique connue sous le nom de photolithographie. Mais finalement, la taille des dispositifs que la photolithographie peut produire est limitée par la longueur d'onde même de la lumière. À mesure que les nanodispositifs deviennent plus petits, ils exigeront de nouvelles méthodes de fabrication.

Dans une paire d'articles récents, des chercheurs du Research Laboratory of Electronics du MIT et de l'Engineering Agency for Science de Singapour, La technologie et la recherche (A*STAR) ont démontré une nouvelle technique qui pourrait produire des puces de seulement 10 nanomètres - ou environ 30 atomes - de diamètre. Les chercheurs utilisent des méthodes existantes pour déposer des piliers étroits de plastique sur la surface d'une puce; puis ils provoquent l'effondrement des piliers dans des directions prédéterminées, recouvrant la puce de motifs complexes.

Ironiquement, le travail était une ramification de la recherche tentant d'empêcher l'effondrement des nanopiliers. "L'effondrement des structures est l'un des problèmes majeurs auxquels la lithographie au niveau de 10 nanomètres sera confrontée, " dit Karl Berggren, Emanuel E. Landsman (1958) professeur agrégé de génie électrique et d'informatique, qui a dirigé le nouveau travail. « Structurellement, ces choses ne sont pas aussi rigides à cette échelle de longueur. C'est plus comme essayer de faire se dresser un cheveu. Il veut juste basculer. » Berggren et ses collègues étaient perplexes sur le problème quand, il dit, il leur est venu à l'esprit que "si nous ne pouvons pas finir par le battre, peut-être que nous pouvons l'utiliser.

Status Quo

Avec la photolithographie, les copeaux sont accumulés en couches, et après le dépôt de chaque couche, il est recouvert d'un matériau sensible à la lumière appelé résist. La lumière qui brille à travers un pochoir à motifs complexes - appelé masque - expose des parties de la résine mais pas d'autres, de la même manière que la lumière traversant un négatif photographique expose le papier photo. Les parties exposées de la résine durcissent, et le reste est supprimé. La partie de la puce non protégée par le résist est ensuite gravée, habituellement par un acide ou un plasma; la réserve restante est retirée ; et tout le processus est répété.

La taille des caractéristiques gravées dans la puce est limitée, cependant, par la longueur d'onde de la lumière utilisée, et les fabricants de puces se heurtent déjà aux limites de la lumière visible. Une alternative possible consiste à utiliser des faisceaux d'électrons étroitement focalisés - ou des faisceaux électroniques - pour exposer le résist. Mais les faisceaux électroniques n'exposent pas la puce entière à la fois, la façon dont la lumière fait; au lieu, ils doivent balayer la surface de la puce une rangée à la fois. Cela rend la lithographie par faisceau électronique beaucoup moins efficace que la photolithographie.

Gravure d'un pilier dans la résistance, d'autre part, nécessite de focaliser un faisceau d'électrons sur un seul point. Disperser des piliers clairsemés sur la puce et leur permettre de s'effondrer en motifs plus complexes pourrait ainsi augmenter l'efficacité de la lithographie par faisceau électronique.

La couche de résine déposée par lithographie par faisceau électronique est si fine que, après que la réserve non exposée a été emportée, le fluide qui reste naturellement derrière suffit à submerger les piliers. Au fur et à mesure que le fluide s'évapore et que les piliers émergent, la tension superficielle du fluide restant entre les piliers provoque leur effondrement.

Devenir inégal

Dans le premier des deux articles, publié l'année dernière dans la revue Lettres nano , Berggren et Huigao Duan, un étudiant invité de l'Université de Lanzhou en Chine, a montré que lorsque deux piliers sont très proches l'un de l'autre, ils s'effondreront l'un vers l'autre. Dans un article de suivi, paru dans le numéro du 5 septembre de la revue nanotech Petit , Berggren, Duan (maintenant chez A*STAR) et Joel Yang (qui a fait son travail de doctorat avec Berggren, rejoignant également A*STAR après avoir obtenu son diplôme en 2009) montrent qu'en contrôlant la forme des piliers isolés, ils peuvent les faire s'effondrer dans la direction qu'ils choisissent.

Plus particulièrement, aplatir légèrement un côté du pilier le fera s'effondrer dans la direction opposée. Les chercheurs ne savent pas pourquoi, Berggren dit :Quand ils ont éclos l'idée de piliers asymétriques, ils s'attendaient à ce qu'ils s'effondrent vers le côté plat, la façon dont un arbre a tendance à s'effondrer dans la direction de la hache qui le frappe. Dans les expériences, les piliers partiellement aplatis s'effondreraient dans la direction prévue avec une fiabilité d'environ 98 %. "Ce n'est pas acceptable d'un point de vue industriel, " dit Berggren, "mais c'est certainement bien comme point de départ d'une démonstration d'ingénierie."

À l'heure actuelle, la technique a ses limites. Espacez les piliers trop près les uns des autres, et ils s'effondreront l'un vers l'autre, peu importe leur forme. Cela restreint la gamme de motifs que la technique peut produire sur des puces avec des structures serrées les unes contre les autres, comme ils le sont sur des puces informatiques.

Mais selon Joanna Aizenberg, le professeur Amy Smith Berylson de science des matériaux à l'Université de Harvard, les applications où la technique s'avérera la plus utile n'ont peut-être pas encore été imaginées. « Cela peut ouvrir la voie à la création de structures qui n'étaient tout simplement pas possibles auparavant, ", dit Aizenberg. "Ils ne sont pas encore en fabrication parce que personne ne savait comment les fabriquer."

Bien que Berggren et ses collègues ne le savaient pas quand ils ont commencé leurs propres expériences, Depuis plusieurs années, le groupe d'Aizenberg utilise l'effondrement contrôlé de structures à l'échelle micrométrique pour produire des matériaux aux propriétés optiques inédites. Mais « des applications particulièrement intéressantes viendraient de cette échelle inférieure à 100 nanomètres, ", dit Aizenberg. « C'est un niveau de contrôle vraiment incroyable de l'assemblage de nanostructures que le groupe de Karl a atteint. »