Les chercheurs ont mis au point un moyen d'alterner des « blocs » de deux types de polymères avec des longueurs précises. Ces « copolymères multiblocs » forment spontanément des structures stratifiées et cylindriques (à gauche), qui pourraient être utilisées pour le nanopatterning, une manière de fabriquer des composants microscopiques. Les chercheurs ont également démontré une structure "double gyroïde" (à droite), qui pourrait être utilisée pour des modèles de nanopatterning plus compliqués. Crédit :Université de Pennsylvanie
Les composants microscopiques qui composent les puces informatiques doivent être fabriqués à des échelles stupéfiantes. Avec des milliards de transistors dans un seul processeur, chacun composé de plusieurs matériaux soigneusement disposés en motifs aussi fins qu'un brin d'ADN, leurs outils de fabrication doivent également fonctionner au niveau moléculaire.
En règle générale, ces outils impliquent l'utilisation de pochoirs pour modeler ou supprimer sélectivement des matériaux avec une haute fidélité, couche après couche, pour former des dispositifs électroniques à l'échelle nanométrique. Mais comme les puces doivent intégrer de plus en plus de composants pour répondre aux exigences informatiques croissantes du monde numérique, ces pochoirs de nanopatterning doivent également devenir plus petits et plus précis.
Maintenant, une équipe d'ingénieurs de Penn a démontré comment une nouvelle classe de polymères pourrait faire exactement cela. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont démontré comment les copolymères "multiblocs" peuvent produire des motifs exceptionnellement ordonnés dans des couches minces, atteignant des espacements inférieurs à trois nanomètres.
L'équipe, dirigée par Karen Winey, professeur Harold Pender dans les départements de science et génie des matériaux et de génie chimique et biomoléculaire, et Jinseok Park, une étudiante diplômée de son laboratoire, a publié ces résultats dans la revue ACS Central Science . Ils ont collaboré avec Anne Staiger et le professeur Stefan Mecking de l'Université de Constance, en Allemagne.
Les pochoirs utilisés dans la fabrication des puces ont des motifs à l'échelle nanométrique qui peuvent être produits par une variété de méthodes. Par exemple, des lignes fines et de petits points peuvent être produits par une technique connue sous le nom d'auto-assemblage dirigé (DSA), où la chimie du polymère est conçue de manière à produire automatiquement la géométrie souhaitée.
Les méthodes DSA actuelles utilisent des copolymères "diblocs", nommés pour avoir deux longs blocs de polymères différents liés bout à bout, qui s'assemblent ensuite pour produire les motifs nécessaires.
La structure à double gyroïde n'est pas encore utilisée dans le nanopatterning, mais pourrait permettre des conceptions plus complexes. Crédit :Université de Pennsylvanie
"Lorsque la photolithographie ne pouvait pas être plus petite, la DSA avec des copolymères diblocs est devenue importante", explique Winey. "Mais pour obtenir les lignes ou les points dont vous avez besoin pour le nanopatterning, les deux blocs doivent avoir des longueurs spécifiques, et c'est toujours quelque chose de difficile à contrôler avec précision."
Sans le bon rapport de longueurs, les blocs d'un copolymère dibloc forment des lignes ou des points avec une certaine variabilité dans leurs dimensions, ce qui diminue leur utilité en tant que pochoirs.
Ensemble, les chercheurs de Penn et de Constance ont imaginé un moyen de contrôler plus précisément ce ratio. Au lieu de coller bout à bout deux gros blocs de polymères différents, ils utilisent une technique connue sous le nom de "polymérisation par croissance par étapes" pour alterner parfaitement entre deux blocs plus petits.
"Par rapport au dibloc", dit Winey, "ces copolymères multiblocs offrent une plus large gamme de chimies et un meilleur contrôle moléculaire. C'est parce que chaque bloc A et chaque bloc B ont exactement la même longueur, ce qui produira une plus grande uniformité dans le motif. "
Une différence critique que cette uniformité peut apporter est la capacité du polymère à s'assembler plus facilement en une "structure à double gyroïde co-continue" dans un film mince. Cette disposition est particulièrement utile pour contrôler les propriétés de transport, car elle sépare les régions polaires et non polaires des polymères.
"Le domaine chargé continu peut favoriser la conductivité d'espèces chargées ou polaires, comme l'eau ou les ions, et le domaine non polaire continu fournit une résistance mécanique", explique Winey.
Les chercheurs étudient actuellement la meilleure façon de convertir ces structures à couches minces en pochoirs de nanomotifs fonctionnels, ainsi que de développer une bibliothèque de différentes chimies de copolymères multiblocs qui peuvent former des structures à double gyroïde. Des polymères solides, extensibles et auto-cicatrisants se remettent rapidement des dommages
