Чипы, которые «режут» себя сами. Рассказываем о самом элегантном способе производства микросхем

Совместная исследовательская группа из Китая и США представила новый метод производства полупроводников, который может открыть принципиально новые возможности для создания высокопроизводительных светоизлучающих и интегральных электронных устройств.

Подход призван преодолеть ключевые недостатки современных литографических процессов, которые доминируют в производстве полупроводников, но испытывают трудности при работе с хрупкими перспективными материалами.

В стандартной литографии лазеры наносят схемы микросхем, воздействуя на поверхность вертикально. Однако любое боковое рассеяние света может привести к неконтролируемым повреждениям, и эта проблема становится особенно серьёзной в мягких и высокочувствительных материалах, таких как галогенидные перовскиты свинца. Переосмыслив способ формирования структур в наномасштабе, исследователи стремятся обеспечить гораздо более точное создание рисунка, прокладывая путь к сложным архитектурам устройств, которые трудно или невозможно достичь существующими инструментами.

Галогенидные перовскиты свинца давно рассматриваются как прорывной материал для электроники следующего поколения. Они демонстрируют исключительные оптоэлектронные характеристики при упорядочивании в двумерную кристаллическую решётку. Однако их мягкая, химически нестабильная природа делает точную обработку в наномасштабе чрезвычайно сложной, ограничивая их использование в современных полупроводниковых устройствах, пишет South China Morning Post.

Международная исследовательская группа из Китая и США опубликовала результаты в журнале Nature. Исследование проводилось совместно Университетом науки и технологий Китая в Хэфэе, Шанхайским технологическим университетом и Университетом Пердью. Новый процесс преодолевает эту проблему, формируя контролируемые латеральные микроструктуры непосредственно внутри материала.

Традиционные методы обработки полупроводников, разработанные для жёстких неорганических материалов, часто оказываются слишком агрессивными для хрупких двумерных перовскитов. Такие техники, как фотолитография, использующая свет для создания рисунка на поверхности, и применение сильных химических растворителей могут легко повредить или разрушить эти мягкие, нестабильные материалы.

Стремясь найти решение, которое не повредит хрупким материалам, международная исследовательская группа представила более щадящий подход к изготовлению, известный как самотравление. Метод позволяет создавать точные рисунки без повреждений, вызываемых традиционными техниками.

Производство современных микросхем по-прежнему сильно ограничено зависимостью от сложного и дорогостоящего оборудования, особенно при изготовлении в микро- и наномасштабе. По словам китайского эксперта по интеграции и проектированию полупроводниковых устройств из ведущей европейской компании, индустрия всё ещё зависит от систем экстремальной ультрафиолетовой (EUV) литографии и высокосложных инструментов травления для достижения современных результатов. Эта глубокая зависимость от традиционных процессов стала структурным узким местом, поскольку производители стремятся к меньшим и более сложным архитектурам устройств.

Чжан Шучэнь, материаловед из Университета науки и технологий Китая и ведущий автор исследования, заявил информационному агентству Синьхуа 16 января, что работа создала новую материальную платформу и путь проектирования для высокопроизводительных люминесцентных и дисплейных устройств.

Метод самотравления использует внутреннее напряжение, которое естественным образом накапливается внутри кристалла перовскита по мере его роста. Вместо того чтобы делать разрезы снаружи, процесс работает изнутри — подобно использованию скрытой линии разлома в скале для направления точных, контролируемых трещин.

Используя этот подход, команда смогла создать пиксельные элементы, цвет и яркость которых можно точно регулировать. Это привело к созданию монокристаллической пластины, которая выглядит как мозаика, состоящая из различных областей перовскита, каждая из которых имеет своё собственное светоизлучающее поведение. Более того, такой уровень контроля знаменует важный шаг к меньшим и более эффективным оптоэлектронным устройствам, включая дисплеи и светодиоды следующего поколения.