Nas últimas décadas, fabricantes de microchips estão em busca de maneiras de tornar os padrões de fios e componentes em seus microchips cada vez menores, a fim de encaixar mais deles em um único chip e, assim, continuar o progresso implacável em direção a computadores mais rápidos e poderosos. Esse progresso se tornou mais difícil recentemente, à medida que os processos de fabricação se chocam com os limites fundamentais que envolvem, por exemplo, os comprimentos de onda da luz usados ​​para criar os padrões.

Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT e de Chicago encontrou uma abordagem que poderia romper alguns desses limites e possibilitar a produção de alguns dos fios mais estreitos até agora, usando um processo que poderia ser facilmente ampliado para fabricação em massa com tipos de equipamento padrão.

As novas descobertas são relatadas esta semana no jornal Nature Nanotechnology , em um artigo do pós-doutorado Do Han Kim, estudante de graduação Priya Moni, e a professora Karen Gleason, tudo no MIT, e pelo pós-doutorado Hyo Seon Suh, Professor Paul Nealey, e três outros no Laboratório Nacional da Universidade de Chicago e Argonne. Embora existam outros métodos que podem alcançar essas linhas finas, a equipe diz, nenhum deles é econômico para fabricação em grande escala.

A nova abordagem usa uma técnica de automontagem na qual os materiais conhecidos como copolímeros em bloco são cobertos por um segundo polímero. Eles são depositados em uma superfície aquecendo primeiro o precursor para que ele se vaporize, em seguida, permitindo que se condense em uma superfície mais fria, tanto quanto a água se condensa do lado de fora de um copo frio em um dia quente.

"As pessoas sempre querem padrões cada vez menores, mas conseguir isso está ficando cada vez mais caro, "diz Gleason, que é reitor associado do MIT, bem como Alexander e I. Michael Kasser (1960) Professor de Engenharia Química. Os métodos de hoje para produzir recursos menores do que cerca de 22 nanômetros (bilionésimos de um metro) geralmente exigem a construção de uma imagem linha por linha, escaneando um feixe de elétrons ou íons na superfície do chip - um processo muito lento e, portanto, caro de implementar em grande escala.

O novo processo usa uma nova integração de dois métodos existentes. Primeiro, um padrão de linhas é produzido na superfície do chip usando técnicas litográficas padrão, em que a luz brilha através de uma máscara negativa colocada na superfície do chip. Essa superfície é quimicamente gravada para que as áreas que foram iluminadas se dissolvam, deixando os espaços entre eles como "fios" condutores que conectam partes do circuito.

Então, uma camada de material conhecida como copolímero em bloco - uma mistura de dois materiais poliméricos diferentes que segregam naturalmente em camadas alternadas ou outros padrões previsíveis - é formada pelo revestimento por rotação de uma solução. Os copolímeros em bloco são constituídos por moléculas semelhantes a cadeias, cada um consistindo de dois materiais poliméricos diferentes conectados de ponta a ponta.

"Metade é amiga do petróleo, a outra metade é amiga da água, "Kim explica." Mas porque eles estão completamente ligados, eles estão presos um ao outro. "As dimensões das duas cadeias predeterminam os tamanhos das camadas ou outros padrões em que elas se montam quando são depositadas.

Finalmente, um top, camada protetora de polímero é depositada sobre as outras usando deposição química de vapor (CVD). Este casaco, acontece que, é uma chave para o processo:ela restringe a maneira como os copolímeros em bloco se auto-montam, forçando-os a se formarem em camadas verticais em vez de horizontais, como um bolo de camadas de lado.

O padrão litografado subjacente orienta o posicionamento dessas camadas, mas as tendências naturais dos copolímeros fazem com que sua largura seja muito menor do que a das linhas de base. O resultado é que agora existem quatro (ou mais, dependendo da química) linhas, cada um deles com um quarto de largura, no lugar de cada um original. A camada litografada "controla a orientação e o alinhamento" das linhas mais finas resultantes, explica Moni.

Como a camada de polímero superior pode ser padronizada adicionalmente, o sistema pode ser usado para construir qualquer tipo de padronização complexa, conforme necessário para as interconexões de um microchip.

A maioria das instalações de fabricação de microchip usa o método litográfico existente, e o próprio processo CVD é uma etapa adicional bem compreendida que pode ser adicionada com relativa facilidade. Assim, implementar o novo método pode ser muito mais simples do que outros métodos propostos para fazer linhas mais finas, como o uso de luz ultravioleta extrema, o que exigiria o desenvolvimento de novas fontes de luz e novas lentes para focar a luz. Com o novo método, Gleason diz, "você não precisaria trocar todas essas máquinas. E tudo o que está envolvido são materiais bem conhecidos."