Under de senaste decennierna, mikrochipstillverkare har varit på jakt efter att hitta sätt att göra mönstren av ledningar och komponenter i sina mikrochips allt mindre, för att passa fler av dem på ett enda chip och därmed fortsätta den obevekliga utvecklingen mot snabbare och kraftfullare datorer. Den utvecklingen har blivit svårare den senaste tiden, när tillverkningsprocesser stöter mot grundläggande gränser som involverar, till exempel, våglängderna på ljuset som används för att skapa mönstren.

Nu, ett team av forskare vid MIT och i Chicago har hittat ett tillvägagångssätt som kan bryta igenom några av dessa gränser och göra det möjligt att producera några av de smalaste trådarna hittills, med hjälp av en process som lätt kan skalas upp för masstillverkning med standardtyper av utrustning.

De nya fynden rapporteras denna vecka i tidskriften Naturens nanoteknik , i en artikel av postdoc Do Han Kim, doktorand Priya Moni, och professor Karen Gleason, allt på MIT, och av postdoc Hyo Seon Suh, Professor Paul Nealey, och tre andra vid University of Chicago och Argonne National Laboratory. Även om det finns andra metoder som kan uppnå sådana fina linjer, laget säger, ingen av dem är kostnadseffektiv för storskalig tillverkning.

Det nya tillvägagångssättet använder en självmonteringsteknik där material som kallas blocksampolymerer täcks av en andra polymer. De avsätts på en yta genom att först värma upp prekursorn så att den förångas, låt det sedan kondensera på en svalare yta, ungefär som vatten kondenserar på utsidan av ett kallt dricksglas en varm dag.

"Folk vill alltid ha mindre och mindre mönster, men att uppnå det har blivit dyrare och dyrare, säger Gleason, som är MIT:s biträdande provost samt Alexander och I. Michael Kasser (1960) professor i kemiteknik. Dagens metoder för att producera detaljer som är mindre än cirka 22 nanometer (miljarddelar av en meter) över kräver i allmänhet att man bygger upp en bild rad för rad, genom att skanna en stråle av elektroner eller joner över chipytan - en mycket långsam process och därför dyr att implementera i stor skala.

Den nya processen använder en ny integration av två befintliga metoder. Först, ett mönster av linjer produceras på chipytan med hjälp av standard litografiska tekniker, där ljus lyser genom en negativ mask placerad på chipytan. Den ytan är kemiskt etsad så att de områden som var upplysta löses upp, lämnar utrymmena mellan dem som ledande "ledningar" som förbinder delar av kretsen.

Sedan, ett materiallager känt som en blocksampolymer – en blandning av två olika polymermaterial som naturligt segregerar sig själva i omväxlande lager eller andra förutsägbara mönster – bildas genom att spinnbelägga en lösning. Blocksampolymererna är uppbyggda av kedjeliknande molekyler, var och en bestående av två olika polymermaterial anslutna ände till ände.

"Den ena hälften är vänlig med olja, den andra halvan är vänlig med vatten, "Kim förklarar." Men eftersom de är helt bundna, de är liksom fast med varandra. "Dimensionerna på de två kedjorna förutbestämmer storleken på lager eller andra mönster som de kommer att sätta ihop sig till när de deponeras.

Till sist, en topp, skyddande polymerskikt avsätts ovanpå de andra med kemisk ångavsättning (CVD). Denna topplack, det visar sig, är en nyckel till processen:Det begränsar sättet som sampolymererna i sig själv monterar, tvingar dem att bilda vertikala lager snarare än horisontella, som en lagerkaka på sidan.

Det underliggande litografiska mönstret styr placeringen av dessa lager, men sampolymerernas naturliga tendenser gör att deras bredd är mycket mindre än baslinjernas. Resultatet är att det nu finns fyra (eller fler, beroende på kemi) linjer, var och en av dem en fjärdedel så bred, i stället för varje original. Det litografiska lagret "kontrollerar både orienteringen och inriktningen" av de resulterande finare linjerna, förklarar Moni.

Eftersom det övre polymerskiktet dessutom kan mönstras, systemet kan användas för att bygga upp alla typer av komplexa mönster, efter behov för sammankopplingar av ett mikrochip.

De flesta tillverkningsanläggningar för mikrochip använder den befintliga litografiska metoden, och själva CVD-processen är ett välförstått ytterligare steg som skulle kunna läggas till relativt enkelt. Således, att implementera den nya metoden kan vara mycket enklare än andra föreslagna metoder för att göra finare linjer, som användning av extremt ultraviolett ljus, vilket skulle kräva utveckling av nya ljuskällor och nya linser för att fokusera ljuset. Med den nya metoden, Gleason säger, "du skulle inte behöva byta ut alla dessa maskiner. Och allt som är inblandat är välkända material."