Les matériaux photorésistants innovants ouvrent l. a. voie à des puces semi-conductrices plus petites et hautes performances

Depuis plus de 50 ans, l’industrie des semi-conducteurs travaille dur pour développer des applied sciences avancées qui ont conduit à des augmentations incroyables de l. a. puissance de calcul et de l’efficacité énergétique qui ont amélioré nos vies. L’un des principaux moyens par lesquels l’industrie a obtenu ces good points de performances impressionnants a été de trouver des moyens de réduire l. a. taille des dispositifs semi-conducteurs sur les micropuces. Cependant, avec l. a. taille des caractéristiques des semi-conducteurs approchant désormais de quelques nanomètres (quelques centaines d’atomes), il est devenu de plus en plus difficile de maintenir des dispositifs miniaturisés.

Pour relever les défis associés à l. a. fabrication de composants plus petits que les micropuces, l’industrie des semi-conducteurs s’oriente actuellement vers une méthode de fabrication plus robuste : l. a. lithographie aux ultraviolets extrêmes (EUV). Los angeles lithographie UV utilise une lumière d’une longueur d’onde de seulement 13,5 nanomètres pour former de minuscules motifs de circuits dans une résine photosensible, le matériau good à l. a. lumière qui fait partie intégrante du processus de lithographie.

Los angeles résine photosensible est le modèle permettant de former des motifs de circuits à l’échelle nanométrique dans les semi-conducteurs en silicium. Alors que l. a. lithographie UV start à ouvrir l. a. voie à l’avenir, les scientifiques sont confrontés à l. a. difficulté d’identifier les matériaux de résistance les plus efficaces pour cette nouvelle ère de nanofabrication.

Dans le however de répondre à ce besoin, une équipe de scientifiques du Heart for Purposeful Nanomaterials (CFN) – une set up scientifique du Département américain de l’énergie (DOE) située au Brookhaven Nationwide Laboratory du DOE – a conçu un nouveau matériau organique good à l. a. lumière. – Un matériau hybride inorganique qui permet une structuration haute efficiency par lithographie UV. Leurs résultats ont été récemment publiés dans Interfaces de matériaux avancées.

Los angeles composition est l. a. clé

Les matériaux hybrides utilisés pour créer ces nouvelles résines photosensibles sont constitués de matériaux organiques (ceux qui contiennent principalement des atomes de carbone et d’oxygène) et de matériaux inorganiques (ceux qui sont généralement à base d’éléments métalliques). Les deux events de l’hybride possèdent leurs propriétés chimiques, mécaniques, optiques et électriques uniques en raison de leur chimie et de leur construction uniques. En combinant ces différents composants, de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques aux propriétés intéressantes émergent.

Dans le cas des photorésists organiques, l’ajout de molécules inorganiques peut donner lieu à un matériau considérablement amélioré par les UV. Les matériaux hybrides ont une sensibilité accrue à l. a. lumière UV, ce qui signifie qu’ils n’ont pas besoin d’être exposés à autant de lumière UV pendant l. a. décoration, ce qui réduit le temps de durcissement requis. Les matériaux hybrides présentent également une résistance mécanique et chimique améliorée, ce qui les rend plus adaptés comme matrices pour le perçage de haute précision.

“Pour assembler nos nouveaux matériaux de résistance hybride, des matériaux polymères organiques sont infusés d’oxydes métalliques inorganiques grâce à une method spécialisée connue sous le nom d’infiltration en section vapeur. Cette méthode est l’un des domaines clés de l’experience en fabrication de matériaux chez CFN. Par rapport à l. a. synthèse chimique traditionnelle, Chang “Nous pouvons facilement générer différentes compositions de matériaux hybrides et contrôler leurs propriétés en implantant des précurseurs inorganiques gazeux dans une matrice organique solide”, explique Younger-nam, scientifique en matériaux du CFN qui a dirigé le projet.

Au fur et à mesure que l’équipe teste et améliore les matériaux, des résistances aux performances améliorées apparaissent. Dans tout domaine pionnier, il y a des défis à relever.

“L’un des problèmes majeurs auxquels nous avons été confrontés lors de l. a. fabrication initiale de ces hybrides est que le contenu inorganique doit être uniformément réparti dans le polymère organique tout en garantissant que les composants inorganiques injectés ne sont pas fortement liés à l. a. matrice organique”, a déclaré Aswanth Subramanian, responsable de l’équipe de recherche. Auteur primary de cet article. Subramanian est un ancien doctorant affilié au CFN. étudiant du Département de science des matériaux et de génie chimique de l’Université de Stony Brook et travaille maintenant comme ingénieur de procédés chez Lam Analysis.

“Cela a été quelque peu difficile à réaliser lors de recherches précédentes. Cependant, dans ce travail, nous avons pu choisir une matière première différente pour le minéral, l. a. supply inorganique, ce qui nous a permis de fabriquer un hybride avec une composition uniforme ainsi qu’un faible liaison entre les composants organiques et inorganiques.

Dans leurs recherches actuelles, l’équipe a observé des améliorations spectaculaires après l’utilisation de l’indium comme composant inorganique par rapport à l’aluminium utilisé dans les travaux précédents. Les scientifiques ont fabriqué l. a. nouvelle résine en utilisant une positive couche organique de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) comme composant organique et en l’infiltrant avec de l’oxyde d’indium inorganique. Ce nouvel hybride a montré une sensibilité accrue et une composition de matériaux plus cohérente, conduisant à une meilleure uniformité dans l. a. décoration ultérieure.

“Dans nos travaux précédents, nous avons démontré ce thought et travaillions avec une system de réserve établie comme preuve de thought”, a expliqué Nikhil Tewale, scientifique des matériaux au CFN. “Dans ce nouvel article, nous avons utilisé une system qui n’a pas été étudiée dans l. a. communauté de l. a. résistance, ce qui a entraîné une meilleure absorption des UV et de meilleures performances de structuration.”

Toujours en avant

Les scientifiques du CFN effectuent des recherches sur les matériaux hybrides photorésistants depuis plusieurs années, établissant une base de travail solide qui a abouti à l. a. conception de nouveaux matériaux hautes performances. Nam dirige ce programme de recherche dans le however de développer davantage de nouveaux matériaux et fonctions. En 2022, il a reçu le prix de l’inventeur de l’année du Battelle Memorial Institute.

Les résistances hybrides de NAM sont si prometteuses qu’elles ont reçu un financement necessary pour poursuivre le thought dans le cadre du programme d’accélération des inventions dans les applied sciences émergentes du ministère de l’Énergie. Ce projet multi-instituts explorera le développement de nouvelles categories de photorésists hybrides et exploitera l’apprentissage automatique pour accélérer l. a. recherche sur les UV en rendant l. a. validation des matériaux plus facile et plus intuitive.

“Il est très difficile actuellement de faire de l. a. modélisation UV”, a expliqué Nam. “Los angeles device à modeler utilisée par l’industrie est très coûteuse – l. a. model actuelle coûte plus de 200 thousands and thousands de bucks par unité. Il n’y a que trois ou quatre entreprises dans le monde qui peuvent l’utiliser pour fabriquer de véritables puces. De nombreux chercheurs souhaitent étudient et développent de nouveaux matériaux photorésistants, mais ils “ne peuvent pas faire de modélisation UV pour les évaluer. C’est l’un des principaux défis que nous espérons relever.”

L’équipe de recherche comprend Kim Keislinger, Ming Lu et Aaron Stein, membres de l’équipe CFN, ainsi que Received-il Lee, Ph.D. étudiant de l’Université Stony Brook et Jeong Kim, professeur au Département de science et d’ingénierie des matériaux de l’Université du Texas à Dallas. Leurs efforts combinés ont contribué à pousser les tactics de lithographie UV au-delà des limites actuelles.

L’équipe travaille actuellement sur des formulations d’autres matériaux hybrides et teste leurs performances, ainsi que les processus utilisés pour les fabriquer, ouvrant l. a. voie à l. a. conception de dispositifs semi-conducteurs plus petits et plus efficaces.