Cientistas dos EUA descobriram como simplificar significativamente a produção de microcircuitos com elementos de tamanho nanométrico. Atualmente, a produção de chips utiliza principalmente máscaras, gravação e processamento em várias etapas com inúmeras rejeições. Os pesquisadores propuseram um molde de fundição preenchido com metal líquido. A tecnologia mostrou baixo nível de defeitos e alta controlabilidade das características de diodos e transistores fundidos.
Um exemplo de fundição cruzada. Fonte da imagem: Julia Chang/NC State University
O método proposto por cientistas da Universidade Estadual da Carolina do Norte não atinge os padrões tecnológicos dos chips modernos. Enquanto a TSMC ataca o bastião dos processos tecnológicos com padrões de até 2 nm, os pesquisadores demonstram a largura mínima de um fio fundido em metal líquido na região de 44 nm, e a máxima – cerca de 1000 nm. Neste contraste, pode parecer que as novas tecnologias não têm lugar no mundo moderno. Mas isso não é verdade. A fundição depende da escala do molde e demonstra a simplicidade estonteante da produção de cavacos, que pode ser usada em diversas aplicações.
Porém, não estamos falando inteiramente de fundição, embora o processo de produção com metais líquidos seja basicamente o mesmo. Para seu trabalho, os cientistas usaram o chamado metal Fields – uma liga de baixo ponto de fusão de índio, bismuto e estanho. O metal é colocado próximo ao molde e oxidado – para formar uma película de óxido em sua superfície. Um líquido contendo ligantes, substâncias (moléculas) que se ligam aos íons metálicos do óxido, é então aplicado ao óxido. E esse líquido com ligantes e íons associados a eles é lançado em uma forma – uma impressão do futuro chip.
As opções de formato são incríveis em variedade e precisão
Sob a influência do efeito capilar, o líquido penetra no molde. Após o preenchimento do formulário, a composição é deixada em repouso para que o líquido da solução evapore. Isso permite que o molde seja removido sem danificar a peça fundida. Finalmente, a peça fundida é lentamente aquecida a 600°C e mantida por uma hora, o que endurece o desenho. Paralelamente, a composição do ligante é destruída com a liberação de oxigênio e carbono. O oxigênio se liga imediatamente aos íons metálicos e forma óxidos com eles, que têm propriedades de semicondutores – o resultado são espaços em branco para diodos e transistores. A queima de carbono forma um revestimento de grafeno em nanofios e elementos, protegendo-os da oxidação e melhorando as propriedades condutoras.
Faixa de largura de condutores na produção de fundição
Os cientistas demonstraram que a tecnologia proposta permite criar elementos sensíveis tanto à luz – isto é fotônica pronta – quanto à corrente elétrica – isto é eletrônica. Há muito menos defeitos nessa produção e a velocidade de produção de chips é muito maior do que nas fábricas modernas de semicondutores.