La microelectrónica, como los dispositivos semiconductores, está en el corazón de las tecnologías que usamos todos los días. A medida que avanzamos hacia una era en la que estamos estirando los límites de la Ley de Moore, es esencial encontrar nuevas formas de continuar empaquetando más circuitos en cada dispositivo individual con el fin de aumentar la velocidad y la capacidad de nuestras computadoras.

Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han desarrollado una nueva técnica que podría ayudar a fabricar estos dispositivos cada vez más pequeños pero complejos. La técnica, conocido como grabado de capa molecular, se detalla en un nuevo artículo publicado en Química de Materiales .

Para hacer que la microelectrónica sea más pequeña, los fabricantes tienen que meter cada vez más circuitos en películas más pequeñas y estructuras tridimensionales. Hoy dia, esto sucede mediante el uso de deposición y grabado de película delgada, técnicas para hacer crecer o eliminar películas una capa a la vez.

"Nuestra capacidad para controlar la materia a nanoescala está limitada por los tipos de herramientas que tenemos para agregar o eliminar capas delgadas de material. El grabado de capas moleculares (MLE) es una herramienta que permite a los fabricantes e investigadores controlar con precisión la forma en que los materiales delgados, a escala microscópica y nanoescala, son removidos, "dijo el autor principal Matthias Young, profesor asistente en la Universidad de Missouri y ex investigador postdoctoral en Argonne.

Junto con la deposición de la capa molecular (MLD), una técnica de deposición, MLE se puede utilizar para diseñar arquitecturas microscópicas. Estos enfoques son análogos de la deposición de la capa atómica (ALD) y el grabado de la capa atómica (ALE), las técnicas más comúnmente aplicadas para fabricar microelectrónica. Sin embargo, a diferencia de las técnicas de estratificación atómica, que se ocupan exclusivamente de películas inorgánicas, MLD y MLE también se pueden utilizar para hacer crecer y eliminar películas orgánicas.

Cómo funciona

En principio, MLE funciona exponiendo películas delgadas, varios nanómetros o micrómetros de espesor, a pulsos de gas dentro de una cámara de vacío. El proceso comienza con un gas (Gas A) que, a la entrada, reacciona con la superficie de la película. Próximo, la película se expone a un segundo gas (Gas B). Este proceso AB se repite hasta que se elimina el espesor deseado de la película.

"El efecto neto de A y luego B es la eliminación de una capa molecular de la película, "dijo el químico de Argonne Jeff Elam, coautor del estudio. "Si realiza ese proceso de forma secuencial, una y otra vez, puede reducir el grosor de su película para lograr el grosor final deseado ".

Un aspecto clave de MLD es que las reacciones superficiales A y B son autolimitadas. Solo continúan hasta que se consumen todos los sitios de superficie reactiva disponibles, y luego las reacciones terminan naturalmente. Este comportamiento autolimitante es extremadamente útil en la fabricación, ya que es relativamente fácil escalar el proceso a tamaños de sustrato más grandes.

Los investigadores probaron su enfoque utilizando alucone, un material orgánico similar al caucho de silicona que tiene aplicaciones potenciales en la electrónica flexible. El gas A en su experimento era una sal que contenía litio, y el Gas B era trimetil aluminio (TMA), un compuesto organometálico a base de aluminio.

Durante el proceso de grabado, el compuesto de litio reaccionó con la superficie de la película de alucona de una manera que hizo que el litio se pegara a la superficie y rompiera la unión química en la película. Luego, cuando se introdujo y reaccionó el TMA, eliminó la capa de película que contenía litio. El litio cumple una función de sacrificio:se deposita en la superficie temporalmente para romper los enlaces químicos, pero luego es eliminado por el TMA.

"El proceso puede ir capa por capa de esa manera y puede eliminar todo el material si lo desea, "Dijo Young.

Abriendo nuevas puertas en microelectrónica

El uso de esta técnica puede ayudar a los fabricantes e investigadores a desarrollar nuevas formas de hacer nanoestructuras. El proceso también puede ser una opción más segura para ellos porque está libre de halógenos, componentes agresivos de los productos químicos comunes en otros procesos de grabado. También tiene la ventaja de ser selectivo; la técnica de grabado puede eliminar selectivamente capas MLD sin afectar las capas ALD cercanas.

"MLE tiene el potencial de ayudar a abrir nuevas vías para fabricar y controlar geometrías de materiales a nanoescala, que podría abrir nuevas puertas en microelectrónica y extenderse más allá de la escala tradicional de la Ley de Moore, "Dijo Elam.

El artículo se titula "Grabado de capas moleculares de películas de cono de metal utilizando sales orgánicas de litio y trimetilaluminio".