Forskare vid MIT har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att skapa den komplexa uppsättningen av ledningar och anslutningar på mikrochips, med hjälp av ett system av självmonterande polymerer. Arbetet kan så småningom leda till ett sätt att göra mer tätt packade komponenter på minneschips och andra enheter.

Den nya metoden – utvecklad av MIT:s besökande doktorand Amir Tavakkoli vid National University of Singapore, tillsammans med två andra doktorander och tre professorer vid MIT:s avdelningar för elektroteknik och datavetenskap (EECS) och materialvetenskap och teknik (DMSE) — beskrivs i en artikel som publicerades i augusti i tidskriften Avancerade material ; tidningen är tillgänglig online nu.

Processen är nära relaterad till en metod som samma team beskrev förra månaden i en tidning i Vetenskap , vilket gör det möjligt att producera tredimensionella konfigurationer av ledningar och anslutningar med ett liknande system av självmonterande polymerer.

I den nya tidningen, forskarna beskriver ett system för att producera uppsättningar av trådar som möts i räta vinklar, bildar kvadrater och rektanglar. Även om dessa former är grunden för de flesta mikrochipkretslayouter, de är ganska svåra att tillverka genom självmontering. När molekyler sätter sig själv, förklarar Caroline Ross, Toyota-professorn i materialvetenskap och teknik och en medförfattare till artiklarna, de har en naturlig tendens att skapa hexagonala former - som i en bikaka eller en mängd såpbubblor mellan glasskivor.

Till exempel, en rad små kullager i en låda "tenderar att ge en hexagonal symmetri, även om det är i en fyrkantig låda, " säger Ross. "Men det är inte vad kretsdesigners vill ha. De vill ha mönster med 90 graders vinklar" - så att övervinna den naturliga tendensen var avgörande för att producera ett användbart självmonterande system, hon säger.

Teamets lösning skapar en rad små stolpar på ytan som styr mönstringen av de självmonterande polymermolekylerna. Detta visar sig ha andra fördelar också:Förutom att producera perfekta kvadratiska och rektangulära mönster av små polymertrådar, systemet möjliggör också skapandet av en mängd olika former av själva materialet, inklusive cylindrar, sfärer, ellipsoider och dubbelcylindrar. "Du kan skapa denna häpnadsväckande mängd funktioner, Ross säger, "med en mycket enkel mall."

Karl Berggren, en docent i elektroteknik vid MIT och en medförfattare till uppsatsen, förklarar att dessa komplexa former är möjliga eftersom "mallen, som är belagd för att stöta bort en av polymerkomponenterna, orsakar mycket lokal belastning på mönstret. Polymeren vrider sig sedan för att försöka undvika denna påfrestning, och på så sätt omarrangeras på ytan. Så vi kan besegra polymerens naturliga lutningar, och få det att skapa mycket mer intressanta mönster."

Detta system kan också producera funktioner, såsom uppsättningar av hål i materialet, vars avstånd är mycket närmare än vad som kan uppnås med konventionella spåntillverkningsmetoder. Det betyder att den kan producera mycket mer tätt packade funktioner på chippet än vad dagens metoder kan skapa - ett viktigt steg i de pågående ansträngningarna att packa fler och fler elektroniska komponenter på ett givet mikrochip.

"Denna nya teknik kan producera flera [former eller mönster] samtidigt, " säger Tavakkoli. Det kan också göra "komplexa mönster, vilket är ett mål för tillverkning av nanoenheter, " med färre steg än nuvarande processer. Att tillverka ett stort område av komplexa kretsar på ett chip med elektronstrålelitografi "kan ta flera månader, " säger han. Däremot att använda den självmonterande polymermetoden skulle bara ta några dagar.

Det är fortfarande alldeles för lång tid för att tillverka en kommersiell produkt, men Ross förklarar att detta steg bara behöver göras en gång för att skapa ett mastermönster, som sedan kan användas för att stämpla en beläggning på andra chips i en mycket snabb tillverkningsprocess.

Tekniken kan sträcka sig bortom tillverkning av mikrochip också, säger Ross. Till exempel, ett tillvägagångssätt för strävan efter att packa allt större mängder data på magnetiska medier som datorhårddiskar är att använda en magnetisk beläggning med ett mycket fint mönster instämplat, exakt definiera de områden där varje databit ska lagras. Sådana fina mönster skulle potentiellt kunna skapas med denna självmonteringsmetod, hon säger, och stämplade sedan på skivorna.

Tavakkoli och Ross kollegor i detta arbete är DMSE doktorander Adam Hannon och Kevin Gotrik, DMSE-professor Alfredo Alexander-Katz och EECS-professor Karl Berggren. Forskningen, som inkluderade arbete vid MIT:s Nanostructures Laboratory och Scanning-Elecrron-Beam Lithography-anläggning, finansierades av Semiconductor Research Corporation, Center on Functional Engineered Nano Architectonics, National Resources Institute, Singapore-MIT Alliance, National Science Foundation, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company och Tokyo Electron