Het gebruik van extreem ultraviolette lichtbronnen bij het maken van geavanceerde geïntegreerde chips is overwogen, maar hun ontwikkeling is belemmerd door een gebrek aan efficiënte laserdoelen. Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hebben onlangs een tinbel met een extreem lage dichtheid ontwikkeld, ' waardoor de opwekking van extreem ultraviolet betrouwbaar en goedkoop is. Deze nieuwe technologie maakt de weg vrij voor verschillende toepassingen in de elektronica en toont potentieel in biotechnologie en kankertherapie.

De ontwikkeling van apparaten van de volgende generatie vereist dat hun kern, de chip met geïntegreerde schakelingen genoemd, is compacter en efficiënter dan de bestaande. Het vervaardigen van deze chips vereist krachtige lichtbronnen. Het gebruik van lichtbronnen in het extreem ultraviolette (EUV) bereik (een extreem korte golflengte straling) is de laatste tijd populair geworden, maar hun generatie is uitdagend.

Een oplossing is het gebruik van lasers met hoge intensiteit:recente ontwikkelingen in lasertechnologie hebben geleid tot de ontwikkeling van lasers met meer vermogen en lagere prijzen. Lasers met hoge intensiteit implementeren laserplasma's, en hun eerste praktische toepassing is het genereren van EUV-licht om geïntegreerde halfgeleiderschakelingen te vervaardigen. In dit proces, deze lasers bestralen een geschikt 'doel, ' en als een resultaat, een toestand met hoge temperatuur en hoge dichtheid wordt gecreëerd. Vanuit deze staat, 13,5 nm licht wordt gegenereerd met een hoge helderheid, die kunnen worden gebruikt bij de productie van geïntegreerde chips. Maar dit is geen gemakkelijke prestatie:de controle van de doeldichtheid die licht in het EUV-bereik kan produceren, was moeilijk. Tin is als optie overwogen, maar de ontwikkeling ervan is enorm vertraagd als gevolg van het onvermogen om de dynamiek ervan te beheersen.

Hiertoe, een team van wetenschappers, waaronder universitair hoofddocent Keiji Nagai van Tokyo Tech en assistent-professor Christopher Musgrave van University College, Dublin, op zoek naar efficiënte laserdoelen. In een studie gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , ze beschrijven een nieuw type materiaal met een lage dichtheid, die schaalbaar en goedkoop is. Prof Nagai zegt, "EUV-licht is cruciaal geworden in de wereld van vandaag, maar is duur vanwege de grootschalige productie."

Beginnen met, de wetenschappers creëerden een met tin gecoate microcapsule of 'bubble, ' een structuur met een zeer lage dichtheid - met een gewicht van slechts 4,2 nanogram. Voor deze, ze gebruikten polymeerelektrolyten (oplossing van zouten in een polymeermatrix), die fungeren als oppervlakteactieve stoffen om de bellen te stabiliseren. De bellen werden vervolgens bedekt met tin nanodeeltjes. Prof Nagai legt uit, "We produceerden polyelektrolytmicrocapsules bestaande uit poly(natrium-4-styreensulfonaat) en poly(allylaminehydrochloride) en bedekten ze vervolgens in een tinoxide-nanodeeltjesoplossing."

Om het gebruik van deze bubbel te testen, de wetenschappers bestraalden het met behulp van een neodymium-YAG-laser. Dit, inderdaad, resulteerde in de opwekking van EUV-licht, wat binnen het bereik van 13,5 nm ligt. In feite, de wetenschappers ontdekten zelfs dat de structuur compatibel was met conventionele EUV-lichtbronnen die worden gebruikt om halfgeleiderchips te vervaardigen. Maar, het grootste voordeel was dat de efficiëntie van de laserconversie met de tinbel, een maat voor het laservermogen, overeenkwam met die van bulktin. Prof Nagai legt uit, "Het overwinnen van de beperkingen van de dynamiek van vloeibaar tin kan zeer voordelig zijn bij het genereren van EUV-licht. Goed gedefinieerde tindoelen met een lage dichtheid kunnen een breed scala aan materialen ondersteunen, waaronder hun vorm, porie grootte, dichtheid enz."

Prof Nagai en zijn onderzoeksteam hebben jarenlang materialen met een lage dichtheid ontwikkeld voor laserdoelen, maar hadden te kampen met beperkingen door de productiekosten en de massaproductiviteit. Nutsvoorzieningen, het combineren van nieuwe tinnen doelen met een lage dichtheid, gemaakt van bubbels, biedt een elegante oplossing voor het massaal produceren van een compacte 13,5 nm lichtbron tegen lage kosten. Naast toepassingen in de elektronica, Prof Nagai is optimistisch dat hun nieuwe technologie, bestaande uit "bubble" lasertargets, zelfs kan worden gebruikt bij kankertherapie. Hij concludeert, "Deze methode zou kunnen worden gebruikt als een potentiële kleinschalige/compacte EUV-bron, en toekomstige kwantumbundelbronnen zoals elektronen, ionen, en röntgenstralen door de coating te veranderen in andere elementen." Door deze mogelijkheid, Prof Nagai en zijn team willen samenwerken met grote laserfaciliteiten in Japan en daarbuiten.