Mikroelektronik som halvledarenheter är kärnan i den teknik vi använder varje dag. När vi går in i en era där vi sträcker gränserna för Moores lag, Det är viktigt att hitta nya sätt att fortsätta packa fler kretsar i varje enskild enhet för att öka hastigheten och kapaciteten hos våra datorer.

Forskare vid US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory har utvecklat en ny teknik som potentiellt kan hjälpa till att göra dessa alltmer små men komplexa enheter. Tekniken, känd som etsning med molekylskikt, beskrivs i en ny artikel publicerad i Materialkemi .

För att göra mikroelektronik mindre, tillverkare måste pressa in fler och fler kretsar på mindre filmer och 3D-strukturer. I dag, detta sker genom att använda tunnfilmsdeponering och etsning, tekniker för att odla eller ta bort filmer ett lager i taget.

"Vår förmåga att kontrollera materia på nanoskala är begränsad av de typer av verktyg vi har för att lägga till eller ta bort tunna lager av material. Molekylär etsning (MLE) är ett verktyg för att tillåta tillverkare och forskare att exakt styra hur tunna material, vid mikroskopiska och nanoskala, tas bort, "sa huvudförfattaren Matthias Young, en biträdande professor vid University of Missouri och tidigare postdoktor vid Argonne.

Tillsammans med molekylär skiktavsättning (MLD), en avsättningsteknik, MLE kan användas för att designa mikroskopiska arkitekturer. Dessa tillvägagångssätt är analoger av atomskiktsdeponering (ALD) och etskiktetsning (ALE), de mer vanligt tillämpade teknikerna för att tillverka mikroelektronik. Dock, till skillnad från atomskiktstekniker, som uteslutande behandlar oorganiska filmer, MLD och MLE kan också användas för att odla och ta bort organiska filmer.

Hur det fungerar

I princip, MLE fungerar genom att exponera tunna filmer, flera nanometer eller mikrometer tjock, till gaspulser inuti en vakuumkammare. Processen börjar med en gas (gas A) som, vid inträdet, reagerar med filmens yta. Nästa, filmen exponeras för en andra gas (gas B). Denna AB -process upprepas tills önskad tjocklek har avlägsnats från filmen.

"Nettoeffekten av A och sedan B är avlägsnandet av ett molekylskikt från din film, "sa Argonne -kemisten Jeff Elam, medförfattare till studien. "Om du gör den processen sekventiellt, om och om igen, Du kan minska tjockleken på din film för att uppnå önskad slutlig tjocklek. "

En viktig aspekt av MLD är att A- och B-ytreaktionerna är självbegränsande. De fortsätter bara tills alla tillgängliga reaktiva yta är förbrukade, och sedan upphör naturligtvis reaktionerna. Detta självbegränsande beteende är extremt användbart vid tillverkning eftersom det är relativt enkelt att skala upp processen till större substratstorlekar.

Forskare testade deras tillvägagångssätt med hjälp av alucone, ett organiskt material som liknar silikongummi som har potentiella tillämpningar inom flexibel elektronik. Gas A i deras experiment var ett litiuminnehållande salt, och gas B var trimetylaluminium (TMA), en organometallisk aluminiumbaserad förening.

Under etsningsprocessen, litiumföreningen reagerade med alukonfilmens yta på ett sätt som fick litium att fastna på ytan och störa den kemiska bindningen i filmen. Sedan, när TMA introducerades och reagerade, det tog bort filmskiktet som innehåller litium. Litiumet tjänar en offerroll - det deponeras på ytan tillfälligt för att bryta kemiska bindningar men avlägsnas sedan av TMA.

"Processen kan gå på lager för lager så och du kan ta bort hela materialet om du ville, "Sa Young.

Öppnar nya dörrar inom mikroelektronik

Att använda denna teknik kan hjälpa tillverkare och forskare att utveckla nya sätt att göra nanostrukturer. Processen kan också vara ett säkrare alternativ för dem att använda eftersom den är fri från halogener, en hård komponent av kemikalier som är vanliga i andra etsningsprocesser. Det har också fördelen av att vara selektiv; etsningstekniken kan selektivt ta bort MLD -lager utan att påverka ALD -lager i närheten.

"MLE har potential att hjälpa till att inleda nya vägar för att tillverka och kontrollera materialgeometrier på nanoskala, som kan öppna nya dörrar inom mikroelektronik och sträcka sig bortom traditionell Moore's Law -skalning, Sa Elam.

Papperet har titeln "Molekylär etsning av metallfilm med litiumorganiska salter och trimetylaluminium."