Fysikern Igor Kaganovich vid Department of Energys (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) och medarbetare har avslöjat en del av fysiken som möjliggör etsning av datorchips av kisel, som driver mobiltelefoner, datorer, och ett stort utbud av elektroniska enheter. Specifikt, teamet fann hur elektriskt laddad gas känd som plasma gör etsningsprocessen mer effektiv än den annars skulle vara. Forskningen, publicerad i två tidningar som visas i september- och decembernumren 2016 av Plasmas fysik , fick stöd av DOE:s Office of Science (FES).
Kaganovich, Biträdande chef för PPPL-teoriavdelningen, tillsammans med Dmytro Sydorenko från University of Alberta, visste att plasmaetsningsprocessen var effektiv, men var inte säker på exakt hur processen fungerade. Så de undersökte processens teoretiska grund.
Under etsningsprocessen, en bit kisel placeras i en kammare och nedsänks i ett tunt lager plasma, cirka två centimeter bred. Också inom plasmat finns två elektroder med ett par centimeters avstånd från varandra som producerar en elektronstråle. När elektronerna strömmar genom plasman, de startar en process som kallas tvåströmsinstabilitet, som exciterar plasmavågor som gör att plasman kan etsa kislet mer effektivt.
Sydorenko och Kaganovich modellerade denna process. De visade att vågorna som skapas av elektronstrålen kan bli mycket mer intensiva än i plasma som inte är avgränsade av elektroder. Med andra ord, när ett plasma är begränsat, vågen som drivs av tvåströmsinstabiliteten kan bli mycket stark. "Simuleringarna indikerar att placeringen av plasma i ett par elektroder stödjer exciteringen av stora plasmavågor, som sedan leder till accelerationen av plasmaelektroner som kan underlätta etsningen, sa Kaganovich.
Att förstå fysiken bakom plasmaetsningstekniken kan hjälpa forskare att utforma effektivare processer för att etsa kretsar på kiselchips.
PPPL, på Princeton Universitys Forrestal Campus i Plainsboro, N.J., ägnar sig åt att skapa ny kunskap om plasmans fysik - ultrahet, laddade gaser – och att utveckla praktiska lösningar för att skapa fusionsenergi. Laboratoriet leds av universitetet för U.S. Department of Energy's Office of Science, som är den största enskilda anhängaren av grundforskning inom fysikaliska vetenskaper i USA, och arbetar för att ta itu med några av vår tids mest angelägna utmaningar. För mer information, besök science.energy.gov.
