p Alguns poucos anos atrás, a ideia de um processo de fabricação prático baseado em fazer com que as moléculas se organizassem em formas úteis em nanoescala parecia ... bem, legal, certo, mas também um pouco fantástico. Agora não está longe o dia em que seu celular pode depender disso. Dois artigos recentes enfatizam o ponto, demonstrando abordagens complementares para o ajuste fino da etapa-chave:depositar filmes finos de um polímero de design exclusivo em um modelo para que ele se auto-monte em ordem, preciso, até mesmo fileiras de composição alternada com apenas 10 ou mais nanômetros de largura. p O trabalho de pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts, e o IBM Almaden Research Center concentra-se em copolímeros em bloco, uma classe especial de polímeros que, nas condições adequadas, irá segregar em uma escala microscópica em "domínios" regularmente espaçados de composição química diferente. Os dois grupos demonstraram maneiras de observar e medir a forma e as dimensões das fileiras de polímero em três dimensões. As técnicas experimentais podem ser essenciais na verificação e ajuste dos modelos computacionais usados ​​para orientar o desenvolvimento do processo de fabricação.

p É notícia velha que a indústria de semicondutores está começando a se deparar com os limites físicos da tendência de décadas de chips integrados cada vez mais densos com recursos cada vez menores, mas ainda não atingiu o fundo. Recentemente, A Intel Corp. anunciou que tinha em produção uma nova geração de chips com um tamanho mínimo de recursos de 14 nanômetros. Isso é um pouco mais de cinco vezes a largura do DNA humano.

p Nessas dimensões, o problema é criar várias camadas de máscara, tipo de estênceis minúsculos, necessário para definir os padrões microscópicos no wafer de produção. As técnicas de litografia óptica usadas para criar as máscaras em um processo semelhante à fotografia úmida da velha escola simplesmente não são capazes de reproduzir de forma confiável o extremamente pequeno, padrões extremamente densos. Existem truques que você pode usar, como criar vários, máscaras sobrepostas, mas eles são muito caros.

p Daí os polímeros. "O problema na litografia de semicondutores não é realmente fazer pequenos recursos - você pode fazer isso - mas não pode empacotá-los juntos, "explica o cientista de materiais do NIST Alexander Liddle." Os copolímeros em bloco tiram vantagem do fato de que, se eu fizer pequenos recursos relativamente distantes, Posso colocar o copolímero em bloco nesses padrões de orientação e preencher os pequenos detalhes. "A estratégia é chamada de" multiplicação de densidade "e a técnica, "automontagem dirigida".

p Copolímeros em bloco (BCPs) são uma classe de materiais feitos pela conexão de dois ou mais polímeros diferentes que, como eles recozem, formará previsível, repetindo formas e padrões. Com o modelo litografado adequado, os BCPs em questão formarão uma película fina em um padrão estreito, faixas alternadas das duas composições de polímero. Alternativamente, eles podem ser projetados de forma que um polímero forme um padrão de postes embutidos no outro. Remova um polímero, e em teoria, você tem um padrão quase perfeito para linhas espaçadas de 10 a 20 nanômetros para se tornarem, possivelmente, parte de um conjunto de transistores.

p Se isso funcionar. “O maior problema para a indústria é que a padronização tem que ser perfeita. Não pode haver defeitos, "diz o cientista de materiais do NIST Joseph Kline." Em ambos os projetos, estamos tentando medir a estrutura completa do padrão. Normalmente, só é fácil ver a superfície superior, e o que a indústria está preocupada é que eles criem um padrão, e parece bom no topo, mas dentro do filme, não é. "

p O grupo de Kline, trabalhando com a IBM, demonstrou uma nova técnica de medição * que usa raios X de baixa energia ou "suaves" produzidos pela Advanced Light Source no Lawrence Berkeley National Labs para sondar a estrutura do filme BCP de vários ângulos. Porque o filme tem um regular, estrutura de repetição, o padrão de espalhamento pode ser interpretado, tanto quanto os cristalógrafos fazem, para revelar as formas médias das listras no filme. Se uma combinação inadequada entre os materiais faz com que um conjunto de listras se alargue na base, por exemplo, ele aparecerá no padrão de dispersão. Sua principal inovação foi observar que, embora a técnica básica tenha sido desenvolvida usando raios X "duros" de comprimento de onda curto que têm dificuldade em distinguir dois polímeros intimamente relacionados, resultados muito melhores podem ser obtidos usando raios X de comprimento de onda mais longo que são mais sensíveis às diferenças na estrutura molecular. **

p Embora o espalhamento de raios-X possa medir as propriedades médias dos filmes, O grupo de Liddle, trabalhando com o MIT, desenvolveu um método para olhar, em detalhe, em seções individuais de um filme fazendo tomografia tridimensional com um microscópio eletrônico de transmissão (TEM). *** Ao contrário da técnica de espalhamento, a tomografia TEM pode, na verdade, criar imagens de defeitos na estrutura do polímero - mas apenas para uma pequena área. A técnica pode gerar imagens de uma área de cerca de 500 nanômetros de diâmetro.

p Entre eles, as duas técnicas podem produzir dados detalhados sobre o desempenho de um determinado sistema de padronização BCP. Os dados, os pesquisadores dizem, são mais valiosos para testar e refinar modelos de computador. "Nossas medições consomem bastante tempo, então eles não são algo que a indústria possa usar na fábrica, "diz Kline." Mas, à medida que estão desenvolvendo o processo, eles podem usar nossas medições para acertar os modelos, então eles podem fazer muitas simulações e deixar os computadores descobrirem. "

p "É muito caro e demorado testar um novo processo, "concorda Liddle." Mas se meu modelo for bem validado e eu sei que o modelo vai me dar resultados precisos, então, poderei executar as simulações rapidamente. Esse é um grande fator na indústria de eletrônicos. "