Micrografías electrónicas de barrido de películas de copolímero en bloque ensambladas sobre patrones químicos de grafeno / germanio con curvas de 90 grados (lado izquierdo) y con multiplicación de densidad por un factor de 10 (lado derecho). Las líneas punteadas negras (lado derecho) indican el período del patrón químico de grafeno / germanio, en el que el período del copolímero de bloques ensamblado se reduce en un factor de 10 debido a la multiplicación de la densidad. Las barras de escala son 200 nm. Crédito:Universidad de Wisconsin-Madison
Los fabricantes de chips de computadora se esfuerzan continuamente por empaquetar más transistores en menos espacio, Sin embargo, a medida que el tamaño de esos transistores se acerca a la escala atómica, existen límites físicos sobre lo pequeños que pueden hacer los patrones para los circuitos.
Ahora, Aprovechando una oblea de germanio recubierta con una capa de grafeno virtualmente prístino (una hoja de carbono dispuesta con un solo átomo de espesor), un equipo de ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad de Chicago ha ideado un método más simple, enfoque de fabricación reproducible y menos costoso que utiliza el autoensamblaje dirigido.
El autoensamblaje dirigido es un Técnica de nano-patrones que puede aumentar la densidad de patrones de circuitos y eludir algunas limitaciones de los procesos litográficos convencionales para imprimir circuitos en obleas de semiconductores como el silicio.
El ingeniero eléctrico Zhenqiang "Jack" Ma y el ingeniero de materiales Michael Arnold de UW – Madison, ingeniero químico Paul Nealey de la Universidad de Chicago, y sus estudiantes publicaron detalles del avance en la edición del 16 de agosto de la revista. Informes científicos .
Su trabajo podría significar un aumento en la funcionalidad de la electrónica de semiconductores y en la capacidad de almacenamiento de datos.
Para lograr el tamaño increíblemente pequeño requerido para los circuitos en la electrónica de semiconductores del futuro, los fabricantes están desarrollando el autoensamblaje dirigido, que permite la fabricación de intrincados, Patrones de polímeros perfectamente ordenados para circuitos.
Para el autoensamblaje dirigido, los investigadores utilizan técnicas químicas convencionales para definir un patrón previo. Cuando las cadenas de moléculas conocidas como copolímeros de bloque se autoensamblan en el patrón previo, siguen el patrón para formar características bien ordenadas.
El nuevo método de los investigadores es mucho más rápido, y reduce el número de pasos del proceso a solo dos:litografía y grabado con plasma.
Los patrones químicos que consisten en bandas alternas de grafeno y germanio (lado izquierdo) se utilizan para dirigir el autoensamblaje de copolímeros de bloque en patrones bien ordenados (lado derecho). Las imágenes superiores son esquemas y las imágenes inferiores son micrografías electrónicas de barrido. Las barras de escala son 200 nm. Crédito:Universidad de Wisconsin-Madison
En la primera demostración de su técnica, los investigadores utilizaron litografía por haz de electrones y una técnica de grabado con plasma suave para modelar franjas de grafeno de un átomo de espesor en una oblea de germanio. Luego, revistieron por rotación la oblea con un copolímero de bloque común llamado poliestireno-bloque-poli (metacrilato de metilo).
Cuando se calienta, el copolímero de bloque se autoensambló completamente en solo 10 minutos, en comparación con 30 minutos usando patrones químicos convencionales, y con menos defectos. Los investigadores atribuyen este rápido ensamblaje a la suavidad, rígido, superficies cristalinas de germanio y grafeno.
Su nuevo método aprovecha un fenómeno llamado multiplicación de densidad. Los investigadores utilizaron la litografía por haz de electrones para crear primero una plantilla maestra más grande con patrones dispersos que guían la orientación de sus copolímeros de bloque.
Cuando dirigieron el copolímero de bloque para que se autoensamblara, lo hizo de una manera que mejoró la resolución de la plantilla original; en este caso, por un factor de 10. La mejor mejora previa por multiplicación de densidad fue un factor de cuatro.
Si bien el patrón de rayas era una simple demostración de su técnica, los investigadores también demostraron que funciona con patrones arquitectónicamente más complejos o irregulares, incluidos aquellos con curvas abruptas de 90 grados.
"Estas plantillas ofrecen una alternativa interesante a los patrones químicos tradicionales compuestos por alfombras y cepillos de polímero, ya que proporcionan una cinética de ensamblaje más rápida y amplían la ventana de procesamiento, al mismo tiempo que ofrece un inerte, robusta mecánica y químicamente, y plantilla uniforme con interfaces de material bien definidas y nítidas, "dice Nealey.
La técnica les permite combinar la uniformidad y el procesamiento más simple de los métodos litográficos tradicionales "de arriba hacia abajo" con las ventajas del ensamblaje "de abajo hacia arriba" y una mayor multiplicación de la densidad. y ofrece una ruta prometedora para la producción a gran escala a un costo significativamente reducido.
"Nunca antes se había usado esta plantilla de grafeno de un átomo de espesor. Es una nueva plantilla para guiar el autoensamblaje de los polímeros, "dice Ma." Esto es compatible con la producción en masa. Abrimos la puerta a funciones aún más pequeñas ".
