(Phys.org) -- Bij het zoeken naar de technologie om de computersnelheid te verhogen en de geheugendichtheid te verbeteren, de beste dingen zitten in de kleinste verpakkingen.

Een niet-aflatende beweging naar kleinere en nauwkeuriger gedefinieerde halfgeleiders heeft onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) ertoe aangezet een nieuwe techniek te ontwikkelen die de efficiëntie drastisch kan verbeteren en de kosten van het bereiden van verschillende klassen halfgeleidende materialen kan verlagen.

De nieuwe ontdekking voldoet aan bepaalde vereisten van de internationale 'roadmap' voor halfgeleiders tot 2022 - een sprong vooruit voor een verwachte tien jaar vooruitgang met een enkele reeks experimenten.

De meeste halfgeleiderpatronen worden momenteel gemaakt met behulp van een proces dat bekend staat als fotolithografie, waarin delen van een dunne film selectief worden verwijderd om een ​​patroon te creëren. Het patroon in deze film, bekend als een weerstand, wordt in de halfgeleider geëtst door blootstelling aan een geïoniseerd gas. Dit gas etst ook de resist zelf weg, vermindering van het aantal keren dat de film kan worden gebruikt. Vooral duurzame resists staan ​​bekend als harde maskers.

De drive om steeds kleinere halfgeleidercomponenten te maken, wordt vaak beperkt door een fenomeen dat bekend staat als domeininstorting, zei Argonne nanowetenschapper Seth Darling. Conventionele lithografie - de techniek die wordt gebruikt om patronen in materialen te maken - probeert kenmerken te creëren die van elkaar gescheiden zijn zoals de tanden van een kam. Echter, gaten in de resist die te diep zijn, hebben de neiging om naar binnen in te storten, waardoor het materiaal onbruikbaar wordt.

“Ingenieurs hebben vele manieren geprobeerd om deze ineenstorting te voorkomen, maar de industrie loopt er constant tegenaan, ' zei schat.

In 2010, Darling en zijn collega's ontwikkelden een techniek die bekend staat als sequentiële infiltratiesynthese (SIS), die gassen gebruikte om harde anorganische materialen in een zachte polymeerfilm te laten groeien. Het werk werd ondersteund door het DOE Office of Science via Argonne's Center for Nanoscale Materials en het Argonne-Northwestern Solar Energy Research Center.

Een van de meest opvallende voordelen van SIS is dat het de noodzaak van harde maskers in fotolithografie elimineert, volgens Darling. "Harde maskers zijn een echte pijn als het gaat om de verwerking van halfgeleiders - ze zijn duur, ingewikkeld, patroonkwaliteit verminderen en extra stappen toevoegen, ' zei hij.

Volgens schat, sequentiële infiltratiesynthese is al door toonaangevende halfgeleiderbedrijven geïdentificeerd als een technologie met het potentieel om verschillende beperkingen te overwinnen.

In een recent experiment is Darling en zijn Argonne-collega's hebben aangetoond dat SIS het instorten van patronen daadwerkelijk kan elimineren, waardoor de fabricage van materialen met patronen met hogere "aspect ratio's, ” die de hoogte van een element meet gedeeld door de breedte.

In het algemeen, lithografie probeert patronen te creëren met hogere aspectverhoudingen terwijl er zo min mogelijk resist wordt gebruikt. “Meestal, je hebt een bepaalde dikte van de resist nodig om het proces te laten werken, ' zei schat. "Met dit nieuwe proces kunnen we veel van dat probleem uit de weg ruimen."

“Een van de grootste voordelen van deze nieuwe studie is dat we de mogelijkheid hebben aangetoond om SIS te gebruiken voor fotolithografie, wat een van de industrieel belangrijkste processen is, ' zei schat. “Omdat er steeds meer vraag is naar betere elektronica, de afmetingen van deze halfgeleiders moeten steeds kleiner worden, en het wordt des te belangrijker voor ons om de benchmarks die we voor onszelf hebben gesteld, te halen en te overtreffen.”