Datortillverkare strävar kontinuerligt efter att packa fler transistorer på mindre utrymme, men när storleken på dessa transistorer närmar sig atomskalan, det finns fysiska gränser för hur små de kan göra mönstren för kretsarna.

Nu, att dra nytta av en germaniumplatta belagd med ett lager av praktiskt taget orent grafen - ett kolark arrangerat bara en atom tjockt - har ett team av ingenjörer från University of Wisconsin – Madison och University of Chicago tagit fram en enklare, reproducerbart och billigare tillverkningsmetod med riktad självmontering.

Riktad självmontering är en storskalig, nanomönsterteknik som kan öka tätheten av kretsmönster och kringgå vissa begränsningar av konventionella litografiska processer för utskrift av kretsar på skivor av halvledare som kisel.

Elingenjör Zhenqiang "Jack" Ma och materialingenjör Michael Arnold från UW – Madison, kemiingenjör Paul Nealey från University of Chicago, och deras studenter publicerade detaljer om förskottet i tidningen 16 augusti Vetenskapliga rapporter .

Deras arbete kan innebära en ökning av funktionaliteten för halvledarelektronik och kapacitet för datalagring.

För att uppnå den otroligt lilla storleken som krävs för kretsarna i framtida halvledarelektronik, tillverkare utvecklar riktad självmontering, vilket möjliggör tillverkning av invecklade, perfekt beställda polymermönster för kretsar.

För riktad självmontering, forskarna använder konventionella kemiska tekniker för att definiera ett förmönster. När molekylkedjor som kallas block-sampolymerer självmonteras på förmönstret, de följer mönstret för att bilda välordnade funktioner.

Forskarnas nya metod är mycket snabbare, och minskar antalet steg i processen till bara två:litografi och plasmaetsning.

I den första demonstrationen av deras teknik, forskarna använde elektronstråle litografi och en mild plasmaetsningsteknik för att mönstra enatomtjocka grafenränder på en germaniumplatta. Sedan spinnbelagde de skivan med en vanlig blocksampolymer som kallas polystyren-block-poly (metylmetakrylat).

Vid uppvärmning, Blocksampolymeren självmonterades helt på bara 10 minuter-jämfört med 30 minuter med konventionella kemiska mönster-och med färre defekter. Forskarna tillskriver denna snabba sammansättning den smidiga, stel, kristallina ytor av germanium och grafen.

Deras nya metod drar nytta av ett fenomen som kallas densitetsmultiplikation. Forskarna använde elektronstråle litografi för att först skapa en större huvudmall med glesa mönster som styr orienteringen av deras blocksampolymerer.

När de instruerade block-sampolymeren att självmontera, det gjorde det på ett sätt som förbättrade upplösningen för den ursprungliga mallen - i det här fallet med en faktor 10. Den bästa tidigare förbättringen med densitetsmultiplikation var en faktor på fyra.

Medan randmönstret var en enkel demonstration av deras teknik, forskarna visade också att det fungerar med mer arkitektoniskt komplexa eller oregelbundna mönster, inklusive de med abrupta 90 graders böjningar.

"Dessa mallar erbjuder ett spännande alternativ till traditionella kemiska mönster som består av polymermattor och penslar, eftersom de ger snabbare monteringskinetik och breddar bearbetningsfönstret, samtidigt som den erbjuder en inert, mekaniskt och kemiskt robust, och enhetlig mall med väldefinierade och skarpa materialgränssnitt, säger Nealey.

Tekniken gör det möjligt för dem att kombinera enhetlighet och enklare bearbetning av traditionella "top-down" litografiska metoder med fördelarna med "bottom-up" -montering och multiplikation av större densitet, och erbjuder en lovande väg för storskalig produktion till betydligt reducerade kostnader.

"Att använda den här en-atom-tjocka grafenmallen har aldrig gjorts tidigare. Det är en ny mall som styr självmonteringen av polymererna, "säger Ma." Detta är massproduktionskompatibelt. Vi öppnade dörren för ännu mindre funktioner. "