Hur kom vi från 90-talets Palm Pilots till dagens ultrakraftfulla smarta telefoner? Till stor del, på grund av skalning, där integrerade kretsar tillverkas med mindre funktionsstorlekar som passar fler och fler kretselement i samma område av kisel vid varje teknikgeneration. Detta sätter våra förväntningar på att om 20 år till, våra mobila enheter i dag kommer att se ut som gårdagens Palm Pilot. Dock, eftersom nuvarande halvledartillverkningsprocesser närmar sig grundläggande gränser, och framväxten av AI driver efterfrågan på icke-traditionella datorarkitekturer, det krävs nya metoder för att tillverka i nanoskala.

Mitt team på IBM Research – Almaden i Silicon Valley har uppfunnit flera nya material och materialvetenskapliga processer som hjälper till att lösa dessa problem. Vårt arbete, publicerades nyligen i Tillämpade material och gränssnitt , visar en metod för att selektivt deponera ett material på objektstorlekar så små som 15nm (det är 75, 000x mindre än diametern på ett hårstrå) genom att helt enkelt odla en film i ett valt område. Med traditionella tillverkningsmetoder, detta skulle kräva beläggning av ett substrat med resist, mönstra resisten genom ett exponeringssteg, utveckla bilden, avsätta en oorganisk film och sedan strippa resisten för att ge dig ett mönstrat oorganiskt material. Vi hittade ett sätt att deponera denna oorganiska film mycket enklare, med hjälp av en självinriktad process, där vi nedsänker ett förmönstrat substrat i en lösning som innehåller ett speciellt material och sedan lägger det belagda substratet till en deponeringskammare och du är klar. Vi kan bokstavligen odla en komponent i en enhet på ett kontrollerbart sätt i nanoskala.

Denna enkla process av självanpassning är ett verktyg som krävs för att fortsätta skala eftersom det lovar att förenkla komplexa processer, spara pengar och minska fel i slutenheter. Dessutom, vår förmåga att beräkna komplexa problem utvecklas snabbt, drivs av framväxande teknologier som AI och neuromorphic computing, som var och en har väldigt olika hårdvarukrav jämfört med traditionella halvledarprocesser. Vår självinställningsprocess ger ett extra verktyg för att tillverka icke-traditionell hårdvara som kan kräva tredimensionella strukturer såsom korspunktsmatriser.

Tanken på en selektiv deponering är inte ny. Det nya är syntesen och demonstrationen av ett nytt material som gjorde det möjligt för oss att göra detta i en skala som är relevant för halvledarindustrin. Vi har främst hämtat från ett djup av kunskap inom syntes av nya material och förmågan att skräddarsy en kemisk struktur för krävande tillämpningar;1 under min tid på Almaden, vi har visat detta i utvecklingen av unika polymerisationer, 2 material3, 4 och karakteriseringsmetoder5, 6. När vi väl utvecklat metoder för att skala denna process, vi kan börja integrera det när vi bygger nästa generations hårdvara, oavsett om det är för ny AI-hårdvara eller att tillverka enheter vid 7nm-tekniknoden eller längre. Tanken på att vara en del av ett tekniskt framsteg som skulle kunna finnas i varje smart telefon eller AI-hårdvara i framtiden är en otroligt spännande strävan.