Исследователи из Университета Джонса Хопкинса представили новые материалы и технологический процесс, которые могут расширить границы современной микроэлектроники . Их работа открывает путь к созданию более компактных, быстрых и дешёвых микросхем – от смартфонов до бортовых систем самолётов. Ключевая идея в том, чтобы формировать цепи настолько малых размеров, что они становятся невидимыми невооружённым глазом, при этом методика достаточно экономична для масштабного производства.
В основе микроэлектроники лежит технология литографии : на кремниевые пластины наносят тонкий слой материала, чувствительного к излучению, так называемый резист. Луч света или пучок излучения запускает в нём химические реакции, формирующие узор будущей схемы. Чем короче длина волны излучения, тем мельче можно сделать элементы. Сегодня в промышленности применяются экстремально ультрафиолетовые источники (EUV), но для следующего поколения – Beyond Extreme Ultraviolet (B-EUV) – традиционные органические резисты не выдерживают мощности пучка и теряют стабильность.
Лаборатория Майкла Цапатсиса совместно с группой Джона Фэрбразера предложила решение – металлоорганические резисты. В их основе соединения, где металл (например, цинк) поглощает жёсткое излучение и выбивает электроны, которые инициируют реакции в органическом компоненте – имидазоле. Такой подход позволил впервые нанести имидазолсодержащие резисты из раствора на кремниевые подложки с контролем толщины на уровне нанометров. Это означает возможность промышленного применения без отказа от привычных методов.
Дальнейшее продвижение связано с поиском оптимальных сочетаний металлов и органики. Для этого команда объединила эксперименты и моделирование с участием учёных из Университета науки и технологий Восточного Китая, Федеральной политехнической школы Лозанны, Университета Сучжоу, Национальной лаборатории Брукхейвена и Лаборатории им. Лоуренса в Беркли. Используемая ими методика химического жидкостного осаждения (CLD) позволяет быстро проверять разные пары металл-имидазол и гибко настраивать поглощение света и последующую химию.
По словам авторов, для этой химии подходит не меньше десятка различных металлов и сотни органических молекул, что открывает огромное пространство для подбора. Уже сейчас идёт тестирование сочетаний, рассчитанных именно на B-EUV, которое, как ожидается, будет внедрено в производственные линии в течение ближайшего десятилетия. Особенность в том, что эффективность сильно зависит от длины волны: металл, не работающий в диапазоне EUV, может оказаться оптимальным в B-EUV. Так, цинк почти бесполезен для EUV, но демонстрирует отличные результаты для более жёсткого излучения.