Un copolímero de bloques desarrollado recientemente podría ayudar a superar los límites de la integración y la miniaturización en la fabricación de semiconductores, informan científicos de Tokyo Tech y TOK. Químicamente adecuado para un autoensamblaje dirigido confiable, el compuesto propuesto puede autoensamblarse en estructuras laminares perpendiculares con un ancho de medio paso de menos de 10 nanómetros, lo que supera a los copolímeros de bloques convencionales y ampliamente utilizados.
La miniaturización es una de las virtudes fundamentales de la electrónica moderna y es responsable del increíble aumento del rendimiento en las últimas décadas. Para mantener esta velocidad, es necesario conseguir patrones de circuitos más finos que los existentes en los chips semiconductores, que son una parte crítica de todos los dispositivos electrónicos. Algunos expertos estiman que para 2037, la distancia más pequeña entre las características de los dispositivos semiconductores conocida como ‘medio paso’ tendrá que ser tan pequeña como 8 nm para soportar la electrónica de próxima generación, lo que subraya la necesidad de avances en los procesos litográficos (muy complejos en semiconductores). partes).Método de hacer patrones de circuito).
Como era de esperar, crear una estructura tan finamente detallada en cualquier tipo de material es una tarea enorme. Una forma prometedora de lograr esta hazaña es el autoensamblaje dirigido (DSA) con copolímeros en bloque (BCP). En pocas palabras, los BCP son moléculas similares a cadenas largas hechas de dos o más segmentos (o bloques) distintos de polímeros. El proceso de DSA implica explotar las interacciones entre los distintos bloques del BCP para que puedan organizarse de forma espontánea y consistente en estructuras y patrones ordenados. Si bien esta técnica es ciertamente poderosa, fabricar características de menos de 10 nanómetros (menos de 10 nm) usando DSA sigue siendo un desafío.
En un estudio reciente publicado el 6 de julio de 2024 comunicación de la naturalezaLos investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y Tokyo Ohka Kogyo (TOK) han podido ampliar el potencial en este campo. Dirigido por el profesor Teruaki Hayakawa, el equipo de investigación desarrolló un novedoso BCP que se adaptó cuidadosamente para crear patrones de líneas increíblemente pequeñas sobre un sustrato en forma de dominios laminares (estructuras compuestas de capas finas y alternas). Estos pequeños patrones podrían allanar el camino para nuevos dispositivos semiconductores avanzados.
El BCP recientemente desarrollado estaba hecho de poliestireno.Bloquear-Poli(metacrilato de metilo) (o PS-b-PMMA), un BCP representativo y ampliamente estudiado para DSA. Primero, los investigadores introdujeron una cantidad adecuada de poli(metacrilato de glicidilo) (PGMA) en el PS.b-Obtener PMMA, PD-b-(PGMA-r-PMMA). A continuación, modificaron los segmentos de PGMA con diferentes tioles, con el objetivo de modificar las interacciones repulsivas entre los diferentes bloques del polímero llamado PS.b-PGFM. Las secciones de PS y PMMA también controlan la afinidad de diferentes partes de la molécula por el aire, lo que juega un papel importante en su proceso de autoalineación durante la DSA.
El BCP personalizado se autoensambla de manera confiable en estructuras laminares nanométricas excepcionalmente pequeñas cuando se aplica como una película delgada, como lo confirma la microscopía de fuerza atómica. Además, este nuevo compuesto demostró un rendimiento impresionante en un sustrato con guías químicas de poliestireno paralelas.
“Los dominios laminares alineados en película delgada con orientación vertical se pueden obtener de manera confiable y reproducible mediante autoensamblaje dirigido, produciendo patrones de líneas paralelas consistentes con un tamaño de medio paso de 7,6 nm”, destacó Hayakawa. Vale la pena mencionar que este es uno de los tamaños de medio paso más pequeños reportados a nivel mundial para estructuras laminares de película delgada sin un recubrimiento superior.
En general, estos interesantes resultados tienen el potencial de impulsar tecnologías de vanguardia en la fabricación de semiconductores. “PD-b-PGFLos MBCP son plantillas prometedoras para su uso en litografía porque pueden producir patrones finos similares a los utilizados para los PS convencionales en los procesos DSA.b-PMMA, con potencial para superarlos”, concluye Hayakawa. “Los estudios destinados a optimizar los procesos de transferencia de patrones utilizando patrones de líneas en PS-b-PGFEn el futuro se investigarán las películas delgadas M como plantillas”, añadió, compartiendo sus intenciones para el futuro.
Estos avances podrían acercarnos a una nueva era de la electrónica y los sistemas de inteligencia artificial.