Les chercheurs du MIT ont développé une nouvelle approche pour créer le réseau complexe de fils et de connexions sur des puces électroniques, utilisant un système de polymères auto-assemblés. Le travail pourrait éventuellement conduire à un moyen de fabriquer des composants plus denses sur des puces mémoire et d'autres appareils.
La nouvelle méthode — développée par le doctorant invité du MIT Amir Tavakkoli de l'Université nationale de Singapour, ainsi que deux autres étudiants diplômés et trois professeurs des départements de génie électrique et informatique (EECS) et de science et génie des matériaux (DMSE) du MIT - est décrit dans un article publié en août dans la revue Matériaux avancés ; le document est disponible en ligne dès maintenant.
Le processus est étroitement lié à une méthode que la même équipe a décrite le mois dernier dans un article de Science , ce qui permet de réaliser des configurations tridimensionnelles de fils et de connexions en utilisant un système similaire de polymères auto-assemblants.
Dans le nouveau journal, les chercheurs décrivent un système pour produire des réseaux de fils qui se rencontrent à angle droit, former des carrés et des rectangles. Bien que ces formes soient à la base de la plupart des schémas de circuits de micropuces, ils sont assez difficiles à produire par auto-assemblage. Lorsque les molécules s'auto-assemblent, explique Caroline Ross, le professeur Toyota de science et d'ingénierie des matériaux et co-auteur des articles, ils ont une tendance naturelle à créer des formes hexagonales - comme dans un nid d'abeilles ou un réseau de bulles de savon entre des feuilles de verre.
Par exemple, un ensemble de roulements à billes minuscules dans une boîte " tend à donner une symétrie hexagonale, même si c'est dans une boîte carrée, " dit Ross. "Mais ce n'est pas ce que veulent les concepteurs de circuits. Ils veulent des motifs avec des angles de 90 degrés" - il était donc essentiel de surmonter cette tendance naturelle pour produire un système d'auto-assemblage utile, elle dit.
La solution de l'équipe crée un réseau de minuscules poteaux sur la surface qui guide la structuration des molécules de polymère auto-assemblantes. Cela s'avère également avoir d'autres avantages :en plus de produire des motifs carrés et rectangulaires parfaits de minuscules fils de polymère, le système permet également la création d'une variété de formes du matériau lui-même, y compris les cylindres, sphères, ellipsoïdes et doubles cylindres. « Vous pouvez générer cet incroyable éventail de fonctionnalités, " Ross dit, "avec un modèle très simple."
Karl Berggren, professeur agrégé de génie électrique au MIT et co-auteur de l'article, explique que ces formes complexes sont possibles car « le gabarit, qui est enduit de manière à repousser l'un des composants polymères, provoque beaucoup de contraintes locales sur le motif. Le polymère se tord alors et se retourne pour essayer d'éviter cette contrainte, et, ce faisant, se réorganise en surface. Ainsi, nous pouvons vaincre les inclinations naturelles du polymère, et faites en sorte qu'il crée des motifs beaucoup plus intéressants."
Ce système peut également produire des fonctionnalités, tels que des réseaux de trous dans le matériau, dont l'espacement est beaucoup plus proche que ce qui peut être réalisé en utilisant les méthodes conventionnelles de fabrication de puces. Cela signifie qu'il peut produire des fonctionnalités beaucoup plus étroitement emballées sur la puce que les méthodes actuelles ne peuvent en créer - une étape importante dans les efforts en cours pour emballer de plus en plus de composants électroniques sur une micropuce donnée.
"Cette nouvelle technique peut produire plusieurs [formes ou motifs] simultanément, " dit Tavakkoli. Il peut aussi faire " des motifs complexes, qui est un objectif pour la fabrication de nanodispositifs, " avec moins d'étapes que les processus actuels. La fabrication d'une vaste zone de circuits complexes sur une puce en utilisant la lithographie par faisceau d'électrons " pourrait prendre plusieurs mois, " dit-il. En revanche, l'utilisation de la méthode des polymères auto-assemblés ne prendrait que quelques jours.
C'est encore beaucoup trop long pour fabriquer un produit commercial, mais Ross explique que cette étape ne doit être effectuée qu'une seule fois pour créer un modèle principal, qui peut ensuite être utilisé pour estamper un revêtement sur d'autres puces dans un processus de fabrication très rapide.
La technique pourrait également s'étendre au-delà de la fabrication de micropuces, dit Ross. Par exemple, une approche de la quête pour emballer des quantités toujours plus importantes de données sur des supports magnétiques tels que les disques durs d'ordinateurs consiste à utiliser un revêtement magnétique avec un motif très fin gravé dessus, définissant précisément les zones où chaque bit de données doit être stocké. Une telle structuration fine pourrait potentiellement être créée en utilisant cette méthode d'auto-assemblage, elle dit, puis estampé sur les disques.
Les collègues de Tavakkoli et Ross dans ce travail sont les doctorants DMSE Adam Hannon et Kevin Gotrik, Le professeur DMSE Alfredo Alexander-Katz et le professeur EECS Karl Berggren. La recherche, qui comprenait des travaux au laboratoire de nanostructures du MIT et à l'installation de lithographie à faisceau d'électrons à balayage, a été financé par la Semiconductor Research Corporation, le Center on Functional Engineered Nano Architectonics, l'Institut national des ressources, l'Alliance Singapour-MIT, la Fondation nationale des sciences, la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company et Tokyo Electron