Νέα υλικά για την κατασκευή προηγμένων chip υπολογιστών από ερευνητές στις ΗΠΑ

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Οι ερευνητές έχουν λάβει τριετή επιχορήγηση ύψους 1,9 εκατ. δολαρίων μέσω του προγράμματος Future of Semiconductors (FuSe2) του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών. Η χρηματοδότηση αποτελεί μέρος των 42,4 εκατ. δολαρίων σε επιχορηγήσεις του προγράμματος FuSe2 που ανακοινώθηκαν τον Σεπτέμβριο 2024 για την υποστήριξη των στόχων του ομοσπονδιακού νόμου CHIPS and Science Act του 2022, που στόχο έχει την παροχή κινήτρων για την ανάπτυξη τεχνολογιών ημιαγωγών στις ΗΠΑ.

Ο στόχος της έρευνας είναι να καταστήσει τα chip υπολογιστών ενεργειακά αποδοτικότερα και να διευκολύνει την εγχώρια παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Με την εισαγωγή υλικών με βάση το ίνδιο, οι ερευνητές στοχεύουν στη διευκόλυνση της δημιουργίας λιθογραφιών στην ακραία περιοχή του υπεριώδους φάσματος (Extreme Ultraviolet, EUV). Η λιθογραφία είναι ένα βασικό βήμα στη διαδικασία κατασκευής ημιαγωγών, κατά το οποίο δημιουργούνται σχέδια στην επιφάνεια ενός πλακιδίου για να χρησιμεύσουν ως αγώγιμοι οδοί για τρανζίστορ και άλλα εξαρτήματα.

Η μετάβαση από το deep UV στο EUV καθιστά δυνατή την παραγωγή μικρότερων και ακριβέστερων χαρακτηριστικών σε chip υπολογιστών για καλύτερη λειτουργική και ενεργειακή απόδοση. Κατά τη διάρκεια της παραδοσιακής διαδικασίας διαμόρφωσης λιθογραφιών στην κατασκευή chip υπολογιστών, οι γκοφρέτες (wafers) πυριτίου επικαλύπτονται με ένα αφαιρούμενο στρώμα φωτοανθεκτικού (photoresist) υλικού πριν εκτεθούν σε υπεριώδη ακτινοβολία.

Η επόμενη γενιά λιθογραφίας χρησιμοποιεί φωτόνια πολύ υψηλής ενέργειας  -92 eV- στην περιοχή EUV. Λόγω της υψηλής ενέργειας αυτής της ακτινοβολίας, τα συμβατικά φωτοανθεκτικά υλικά δε θα ήταν λειτουργικά..

Τα νέα υλικά που η συγκεκριμένη έρευνα προσπαθεί να αναπτύξει, θα μπορούσαν επίσης να επιτρέψουν την παραγωγή τρισδιάστατων κυκλωμάτων, τα οποία σχεδιάζονται με στοίβαξη στρωμάτων chip. Ωστόσο, απαιτούνται νέα υλικά για την κατασκευή πρόσθετων στρωμάτων σε ένα τρισδιάστατο chip χωρίς να διαταραχθούν τα υπάρχοντα κυκλώματα.

«Εάν φτιάχνετε ένα στρώμα υλικών πάνω από ένα άλλο στρώμα υλικών, δεν μπορείτε να το θερμάνετε σε υψηλή θερμοκρασία γιατί θα αλλοιωθούν τα υπάρχοντα στρώματα», εξήγησε η Dr Julia Hsu, καθηγήτρια επιστήμης και μηχανικής υλικών και επικεφαλής της μελέτης.

Η χρήση υλικών που περιέχουν ίνδιο για το φωτοανθεκτικό υλικό της μεθόδου EUV θα οδηγήσει σε μεγαλύτερη απόδοση στα chip υπολογιστών, εξαλείφοντας παράλληλα ένα βήμα στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, το οποίο περιλαμβάνει τη χρήση διαλυτών.

Οι ερευνητές δοκιμάζουν μια τεχνική που ονομάζεται photonic curing, η οποία χρησιμοποιεί παλμούς φωτός σε υψηλή ένταση, αλλά χαμηλή ενέργεια, για να πραγματοποιηθούν οι χημικές αντιδράσεις που επιτρέπουν στο οξείδιο του ινδίου να επιτύχει καλύτερες ημιαγωγικές ιδιότητες, χωρίς να υπερθερμαίνει τα υποκείμενα στρώματα.

Η προκαταρκτική εργασία της Hsu σε υλικά που περιέχουν ίνδιο ως φωτοανθεκτικά για τη μέθοδο EUV υποστηρίχθηκε από επιχορήγηση της Semiconductor Research Corporation (SRC). Η Hsu σχεδιάζει επίσης να ενσωματώσει μηχανική μάθηση στις μεθοδολογίες σχεδιασμού και δοκιμών του έργου.

«Το έργο FuSe2 θα μας επιτρέψει να μεταφέρουμε τα προκαταρκτικά μας αποτελέσματα από το έργο SRC σε πολύ υψηλότερο επίπεδο, επιτυγχάνοντας μεγαλύτερο αντίκτυπο. Θα συνδυάσουμε τα υπολογιστικά μοντέλα και τη συνθετική χημεία για να ανακαλύψουμε νέα υλικά με τις επιθυμητές ιδιότητες», εξηγεί η Hsu.

Εκτός από την Hsu, στην ερευνητική ομάδα ανήκει ο Dr Cormac Toher, επίκουρο καθηγητή επιστήμης και μηχανικής υλικών και επιστήμονα υπολογιστικών μοντέλων για την ανάπτυξη νέων υλικών, και ο Dr Kevin Brenner, επίκουρο καθηγητή επιστήμης και μηχανικής των υλικών. Ο Toher θα σχεδιάσει τα μόρια που περιέχουν ίνδιο και ο Brenner θα κατασκευάσει και θα δοκιμάσει τις συσκευές.

Το έργο περιλαμβάνει επίσης εκπαίδευση φοιτητών κολλεγίων για απόκτηση γνώσεων που θα αξιοποιηθούν στη βιομηχανία ημιαγωγών μέσω του UTD North Texas Semiconductor Institute και ένα κύκλο μαθημάτων που θα διδάξει η Hsu σχετικά με τη βιομηχανία των ημιαγωγών.

Με πληροφορίες από innovationnewsnetwork.com

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR