Depuis quelques décennies, Les fabricants de puces électroniques ont cherché à trouver des moyens de rendre les motifs des fils et des composants de leurs puces toujours plus petits, afin d'en intégrer davantage sur une seule puce et ainsi poursuivre la progression incessante vers des ordinateurs plus rapides et plus puissants. Ces progrès sont devenus plus difficiles récemment, alors que les processus de fabrication se heurtent à des limites fondamentales impliquant, par exemple, les longueurs d'onde de la lumière utilisées pour créer les motifs.

Maintenant, une équipe de chercheurs du MIT et de Chicago a trouvé une approche qui pourrait dépasser certaines de ces limites et permettre de produire certains des fils les plus étroits à ce jour, en utilisant un processus qui pourrait facilement être mis à l'échelle pour la fabrication de masse avec des types d'équipement standard.

Les nouveaux résultats sont rapportés cette semaine dans le journal Nature Nanotechnologie , dans un article du postdoctorant Do Han Kim, étudiante diplômée Priya Moni, et le professeur Karen Gleason, tous au MIT, et par le post-doctorant Hyo Seon Suh, Professeur Paul Nealey, et trois autres à l'Université de Chicago et au Laboratoire national d'Argonne. Bien qu'il existe d'autres méthodes permettant d'obtenir des lignes aussi fines, l'équipe dit, aucun d'entre eux n'est rentable pour la fabrication à grande échelle.

La nouvelle approche utilise une technique d'auto-assemblage dans laquelle des matériaux appelés copolymères séquencés sont recouverts d'un deuxième polymère. Ils sont déposés sur une surface en chauffant d'abord le précurseur pour qu'il se vaporise, puis le laisser se condenser sur une surface plus froide, autant que l'eau se condense à l'extérieur d'un verre à boire froid par une journée chaude.

"Les gens veulent toujours des motifs de plus en plus petits, mais y parvenir est devenu de plus en plus coûteux, " dit Gleason, qui est le recteur associé du MIT ainsi que le professeur Alexander et I. Michael Kasser (1960) de génie chimique. Les méthodes d'aujourd'hui pour produire des caractéristiques inférieures à environ 22 nanomètres (milliardièmes de mètre) de diamètre nécessitent généralement la construction d'une image ligne par ligne, en balayant un faisceau d'électrons ou d'ions à travers la surface de la puce, un processus très lent et donc coûteux à mettre en œuvre à grande échelle.

Le nouveau processus utilise une nouvelle intégration de deux méthodes existantes. D'abord, un motif de lignes est produit sur la surface de la puce en utilisant des techniques lithographiques standard, dans lequel la lumière brille à travers un masque négatif placé sur la surface de la puce. Cette surface est gravée chimiquement de sorte que les zones qui ont été illuminées se dissolvent, laissant les espaces entre eux comme des "fils" conducteurs qui relient les parties du circuit.

Puis, une couche de matériau connue sous le nom de copolymère séquencé - un mélange de deux matériaux polymères différents qui se séparent naturellement en couches alternées ou d'autres motifs prévisibles - est formée par enduction par centrifugation d'une solution. Les copolymères séquencés sont constitués de molécules en forme de chaîne, chacun étant constitué de deux matériaux polymères différents reliés bout à bout.

"La moitié est amie avec le pétrole, l'autre moitié est amicale avec l'eau, " explique Kim. " Mais parce qu'ils sont complètement liés, ils sont en quelque sorte collés l'un à l'autre. » Les dimensions des deux chaînes prédéterminent la taille des couches ou d'autres motifs dans lesquels elles s'assembleront lorsqu'elles seront déposées.

Finalement, un haut, la couche protectrice de polymère est déposée au-dessus des autres par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Ce top coat, il s'avère, est une clé du processus :il contraint la façon dont les copolymères à blocs s'auto-assemblent, les forçant à former des couches verticales plutôt qu'horizontales, comme un gâteau en couches sur le côté.

Le motif lithographié sous-jacent guide le positionnement de ces couches, mais les tendances naturelles des copolymères font que leur largeur est beaucoup plus petite que celle des lignes de base. Le résultat est qu'il y en a maintenant quatre (ou plus, selon la chimie) lignes, chacun d'eux un quart aussi large, à la place de chaque original. La couche lithographiée "contrôle à la fois l'orientation et l'alignement" des lignes plus fines résultantes, explique Moni.

Parce que la couche supérieure de polymère peut en plus être modelée, le système peut être utilisé pour créer tout type de motifs complexes, au besoin pour les interconnexions d'une puce électronique.

La plupart des installations de fabrication de puces électroniques utilisent la méthode lithographique existante, et le processus CVD lui-même est une étape supplémentaire bien comprise qui pourrait être ajoutée relativement facilement. Ainsi, la mise en œuvre de la nouvelle méthode pourrait être beaucoup plus simple que d'autres méthodes proposées pour faire des lignes plus fines, comme l'utilisation de la lumière ultraviolette extrême, ce qui nécessiterait le développement de nouvelles sources lumineuses et de nouvelles lentilles pour focaliser la lumière. Avec la nouvelle méthode, Gleason dit, "vous n'auriez pas besoin de changer toutes ces machines. Et tout ce qui est impliqué sont des matériaux bien connus."