För några korta år sedan, idén med en praktisk tillverkningsprocess baserad på att få molekyler att organisera sig i användbara nanoskalaformer verkade ... ja, Häftigt, Säker, men också lite fantastiskt. Nu är det inte långt kvar när din mobiltelefon kan vara beroende av den. Två nya artiklar betonar poängen genom att demonstrera kompletterande tillvägagångssätt för att finjustera nyckelsteget:att deponera tunna filmer av en unikt designad polymer på en mall så att den självmonteras till snygga, exakt, jämna rader med alternerande sammansättning bara 10 eller så nanometer breda.

Arbetet av forskare vid National Institute of Standards and Technology, Massachusetts Institute of Technology, och IBM Almaden Research Center fokuserar på blocksampolymerer, en speciell klass av polymerer som under de rätta förhållandena, kommer att segregera i mikroskopisk skala till regelbundet åtskilda "domäner" med olika kemisk sammansättning. De två grupperna visade sätt att observera och mäta formen och dimensionerna på polymerraderna i tre dimensioner. De experimentella teknikerna kan visa sig vara väsentliga för att verifiera och ställa in de beräkningsmodeller som används för att styra tillverkningsprocessens utveckling.

Det är gamla nyheter att halvledarindustrin börjar köra mot fysiska gränser för den decennier långa trenden med allt tätare integrerade chips med mindre och mindre funktionsstorlekar, men den har inte nått botten än. Nyligen, Intel Corp. meddelade att de hade i produktion en ny generation chips med en minimistorlek på 14 nanometer. Det är lite över fem gånger bredden på mänskligt DNA.

Vid dessa dimensioner, problemet är att skapa de flera maskeringslagren, typ små stenciler, behövs för att definiera de mikroskopiska mönstren på produktionswafern. De optiska litografitekniker som används för att skapa maskerna i en process som liknar gammaldags våtfotografering är helt enkelt inte kapabla att på ett tillförlitligt sätt återge de extremt små, extremt täta mönster. Det finns knep du kan använda som att skapa flera, överlappande masker, men de är väldigt dyra.

Därav polymererna. "Problemet med halvledarlitografi är egentligen inte att göra små detaljer - du kan göra det - men du kan inte packa dem nära varandra, "förklarar NIST -materialforskaren Alexander Liddle." Blocksampolymerer drar nytta av det faktum att om jag gör små funktioner relativt långt ifrån varandra, Jag kan sätta blocksampolymeren på de vägledande mönstren och liksom fylla i de små detaljerna." Strategin kallas "densitetsmultiplikation" och tekniken, "riktad självmontering."

Blocksampolymerer (BCP) är en klass av material som tillverkas genom att koppla samman två eller flera olika polymerer som, när de glöder, kommer att bilda förutsägbara, återkommande former och mönster. Med den rätta litografiska mallen, BCP:erna i fråga kommer att bilda en tunn film i ett mönster av smala, alternerande ränder av de två polymerkompositionerna. Alternativt de kan utformas så att den ena polymeren bildar ett mönster av stolpar inbäddade i den andra. Ta bort en polymer, och i teorin, du har ett nästan perfekt mönster för linjer med 10 till 20 nanometers mellanrum att bli, kanske, del av en transistoruppsättning.

Om det fungerar. "Det största problemet för branschen är att mönstringen måste vara perfekt. Det kan inte finnas några defekter, " säger NIST-materialforskaren Joseph Kline. "I båda våra projekt försöker vi mäta mönstrets fulla struktur. I vanliga fall, det är bara lätt att se den övre ytan, och vad branschen är orolig för är att de gör ett mönster, och det ser okej ut på toppen, men nere i filmen, det är det inte. "

Klines grupp, arbetar med IBM, demonstrerade en ny mätteknik* som använder lågenergi- eller "mjuka" röntgenstrålar producerade av Advanced Light Source vid Lawrence Berkeley National Labs för att undersöka strukturen av BCP-filmen från flera vinklar. Eftersom filmen har en vanlig, upprepande struktur, spridningsmönstret kan tolkas, ungefär som kristallografer gör, för att avslöja de genomsnittliga formerna på ränderna i filmen. Om en dålig matchning mellan materialen gör att en uppsättning ränder vidgas vid basen, till exempel, det kommer att dyka upp i spridningsmönstret. Deras största innovation var att notera att även om grundtekniken utvecklades med hjälp av korta våglängds "hårda" röntgenstrålar som har svårt att skilja två närbesläktade polymerer, mycket bättre resultat kan uppnås med röntgenstrålar med längre våglängd som är mer känsliga för skillnader i molekylstrukturen. **

Medan röntgenspridning kan mäta genomsnittliga egenskaper hos filmerna, Liddles grupp, arbetar med MIT, utvecklat en metod för att se, i detalj, vid enskilda sektioner av en film genom att göra tredimensionell tomografi med ett transmissionselektronmikroskop (TEM).*** Till skillnad från spridningstekniken, TEM-tomografin kan faktiskt avbilda defekter i polymerstrukturen - men bara för ett litet område. Tekniken kan avbilda ett område med en diameter på cirka 500 nanometer.

Mellan dem, de två teknikerna kan ge detaljerade data om prestandan hos ett givet BCP-mönstersystem. Uppgifterna, säger forskarna, är mest värdefulla för att testa och förfina datormodeller. "Båda våra mätningar är ganska tidskrävande, så de är inget som industrin kan använda på det fina golvet, " säger Kline. "Men medan de utvecklar processen, de kan använda våra mätningar för att få modellerna rätt, då kan de göra många simuleringar och låta datorerna ta reda på det."

"Det är bara så dyrt och tidskrävande att testa en ny process, " håller med Liddle. "Men om min modell är väl validerad och jag vet att modellen kommer att ge mig exakta resultat, då kan jag gå igenom simuleringarna snabbt. Det är en enorm faktor i elektronikindustrin."