Onderzoekers van MIT hebben een nieuwe benadering ontwikkeld voor het maken van de complexe reeks draden en verbindingen op microchips, met behulp van een systeem van zelfassemblerende polymeren. Het werk zou uiteindelijk kunnen leiden tot een manier om meer dicht opeengepakte componenten op geheugenchips en andere apparaten te maken.

De nieuwe methode - ontwikkeld door MIT-bezoekende promovendus Amir Tavakkoli van de National University of Singapore, samen met twee andere afgestudeerde studenten en drie professoren in de afdelingen Electrical Engineering and Computer Science (EECS) en Materials Science and Engineering (DMSE) van het MIT - wordt beschreven in een paper dat in augustus in het tijdschrift is gepubliceerd Geavanceerde materialen ; de krant is nu online beschikbaar.

Het proces is nauw verwant aan een methode die hetzelfde team vorige maand in een paper beschreef Wetenschap , wat het mogelijk maakt om driedimensionale configuraties van draden en verbindingen te produceren met behulp van een soortgelijk systeem van zelfassemblerende polymeren.

In de nieuwe krant beschrijven de onderzoekers een systeem voor het produceren van reeksen draden die haaks op elkaar staan, vierkanten en rechthoeken vormen. Hoewel deze vormen de basis vormen voor de meeste lay-outs van microchipcircuits, ze zijn vrij moeilijk te produceren door middel van zelfassemblage. Wanneer moleculen zichzelf assembleren, legt Caroline Ross uit, de Toyota Professor of Materials Science and Engineering en een co-auteur van de papers, ze hebben de natuurlijke neiging om zeshoekige vormen te creëren - zoals in een honingraat of een reeks zeepbellen tussen glasplaten.

Bijvoorbeeld, een reeks kleine kogellagers in een doos "heeft de neiging om een ​​zeshoekige symmetrie te geven, ook al zit het in een vierkante doos, Ross zegt. "Maar dat is niet wat circuitontwerpers willen. Ze willen patronen met hoeken van 90 graden" - dus het overwinnen van die natuurlijke neiging was essentieel om een ​​nuttig zelfassemblerend systeem te produceren, ze zegt.

De oplossing van het team creëert een reeks kleine paaltjes op het oppervlak die de patroonvorming van de zelfassemblerende polymeermoleculen leiden. Dit blijkt ook andere voordelen te hebben:naast het produceren van perfecte vierkante en rechthoekige patronen van minuscule polymeerdraadjes, het systeem maakt het ook mogelijk om verschillende vormen van het materiaal zelf te creëren, inclusief cilinders, bollen, ellipsoïden en dubbele cilinders. "Je kunt deze verbazingwekkende reeks functies genereren, "Ros zegt, "met een heel eenvoudig sjabloon."

Karl Berggren, een universitair hoofddocent elektrotechniek aan het MIT en een co-auteur van het papier, legt uit dat deze complexe vormen mogelijk zijn omdat "de sjabloon, die is gecoat om een ​​van de polymeercomponenten af ​​te stoten, veroorzaakt veel lokale belasting van het patroon. Het polymeer draait dan en draait om te proberen deze spanning te vermijden, en daarbij herschikt op het oppervlak. Zodat we de natuurlijke neigingen van het polymeer kunnen verslaan, en laat het veel interessantere patronen creëren."

Dit systeem kan ook functies produceren, zoals reeksen gaten in het materiaal, waarvan de afstand veel kleiner is dan wat kan worden bereikt met conventionele methoden voor het maken van chips. Dat betekent dat het veel dichter opeengepakte functies op de chip kan produceren dan de huidige methoden kunnen creëren - een belangrijke stap in de voortdurende inspanningen om steeds meer elektronische componenten op een bepaalde microchip te verpakken.

"Deze nieuwe techniek kan meerdere [vormen of patronen] tegelijkertijd produceren, " zegt Tavakkoli. Het kan ook "complexe patronen maken, wat een doelstelling is voor de fabricage van nanodevices, " met minder stappen dan de huidige processen. Het vervaardigen van een groot gebied van complexe schakelingen op een chip met behulp van elektronenstraallithografie " kan enkele maanden duren, "zegt hij. Daarentegen, het gebruik van de zelfassemblerende polymeermethode zou slechts een paar dagen duren.

Dat is nog veel te lang om een ​​commercieel product te maken, maar Ross legt uit dat deze stap maar één keer hoeft te worden gedaan om een ​​hoofdpatroon te creëren, die vervolgens in een zeer snel fabricageproces kan worden gebruikt om een ​​coating op andere chips te stempelen.

De techniek kan ook verder gaan dan de fabricage van microchips, zegt Roos. Bijvoorbeeld, een benadering van de zoektocht om steeds grotere hoeveelheden gegevens op magnetische media zoals harde schijven van computers te verpakken, is het gebruik van een magnetische coating met een zeer fijn patroon erin gestempeld, het nauwkeurig definiëren van de gebieden waar elk stukje gegevens moet worden opgeslagen. Dergelijke fijne patronen kunnen mogelijk worden gemaakt met behulp van deze zelfassemblagemethode, ze zegt, en vervolgens op de schijven gestempeld.

De collega's van Tavakkoli en Ross in dit werk zijn DMSE-doctoraatsstudenten Adam Hannon en Kevin Gotrik, DMSE-professor Alfredo Alexander-Katz en EECS-professor Karl Berggren. Het onderzoek, waaronder werk bij MIT's Nanostructures Laboratory en Scanning-Elecrron-Beam Lithography-faciliteit, werd gefinancierd door de Semiconductor Research Corporation, het Center on Functional Engineered Nano Architectonics, het National Resources Institute, de Singapore-MIT Alliantie, de Nationale Wetenschapsstichting, de Taiwan Semiconductor Manufacturing Company en Tokyo Electron