IJs ingezet voor transistorproductie

Een groep onderzoekers van de Harvard-universiteit heeft een methode ontwikkeld om ijs te gebruiken voor de productie van nanoapparaten, zoals transistors van koolstof nanobuisjes. De techniek is schoner dan gangbare alternatieven.

De ijslithografie, zoals de hoofdauteur van het onderzoek Daniel Branton de techniek heeft genoemd, kan worden ingezet voor de productie van nanoapparatuur, waaronder fet's van koolstof nanobuizen, of cnt's. De nanostructuren zouden eenvoudiger van de ondergrond te verwijderen zijn zonder ze te beschadigen. Bovendien zou geen residu achterblijven van hars, dat normaal als fotoresistlaag wordt gebruikt. Het ijs smelt gewoon weg.

In een sterk gemodificeerde scanning electron microscope wordt het ijs aangebracht in de vorm van waterdamp dat in het vacuüm van de sem tot 110K wordt gekoeld. Het ijs wordt opgedampt op een ondergrond van het siliciumoxide- en siliciumsubstraat met daarop de nanobuizen. De elektronenstraal van de microscoop wordt vervolgens gebruikt om patronen in het ijs en de onderliggende cnt's te etsen. Op de plekken waar het ijs is weggeëtst wordt vervolgens metaal opgespoten om zo de benodigde palladiumelektrodes te realiseren.

Ten slotte wordt het overtollige metaal van het ijs weggespoeld en blijft het gewenste patroon over. Op deze manier wisten de onderzoekers van Harvard fet's van singlewalled cnt's te produceren met enkel hun gemodificeerde microscoop. 'Traditionele' nanocontructies vergen tot zes apparaten.

Aangezien het laagje ijs van slechts enkele tientallen nanometers dik transparant is, kunnen de juiste locaties voor de metalen onderdelen door het ijs worden gevisualiseerd. Met normale fotoresistlagen van hars is dat niet mogelijk. Dat maakt de vervaardiging van toekomstige, complexere nanostructuren mogelijk, aldus Branton.

Reacties (35)

Deze techniek klinkt ook een stuk goedkoper dan de traditionele stappen. Ik vraag me af of dit voor microprocessor doeleinden ook nuttig is.

Behalve dat de gemiddelde SEM een slordige 600.000 euro kost... En dan heb ik het nog niet eens over de onderhoudskosten!

En dan is dit op zeer kleine schaal gedaan. Zo'n apparaat kan echt geen 100-en chips op een dag stampen.

Ik moet toegeven dat ik niet precies weet hoe duur de huidige technieken hiervoor zijn, maar ik weet wel dat goedkoper is een zeer relatieve term is. Uiteindelijk gaat het natuurlijk om hoe duur het is om dit op industriele schaal uit te voeren en hoe haalbaar dat is.

[Reactie gewijzigd door tarlitz op 11 november 2010 17:07]

Dat val dan nog mee. Een gemiddelde ebeam kost wel 3 to 20 miljoen euro. En daar probeerd deze SEM zich mee te meten.

De vraag is of je zoveel chips nodig hebt. Veel van dit werk is alleen maar proof
of concept. Dat gaat prima met deze apparaten. Via "normale" steppers is echt
factoren duurder.

Wat ik wel eigenaardig vind is het feit dat ze water in een vacuum gebruiken.
Wat ik nog kan herinneren van mijn vacuum cursus is dat je nooit water wilt hebben
omdat dit zeer moeilijk te pompen is.

Zoals hier boven al half vermeld was..
Je wilt zo zuiver mogelijk ijs (en dus ook water), er word gebruik gemaakt van waterdamp wat 'zweeft', net als normale lucht wat een mengsel is van diverse gassen.

Dus haal deze 'vuile' lucht weg, maak waterdamp, maak ijs van de waterdamp.. resultaat: ijs vrij van vervuiling. Ik vermoed dat het zo werkt en dus daarom op die manier word gedaan.

[Reactie gewijzigd door Xthemes.us op 12 november 2010 19:48]

Gezien je alles met een electronenbundel moet schijven kost het veel meer tijd dan traditionele stepper lithografie. Dit is voornamelijk leuk voor toepassingen waar kleine hoeveelheden zeer kleine features nodig zijn. Tenzij mapper ooit nog wat wordt

Ik vraag me af of je het opdampen van het ijslaagje wel kunt opschalen naar 200mm. Met photoresist, het opspinnen, is het niet zo'n probleem. Je moet natuurlijk wel een mooi homogeen laagje krijgen.

Het volgende probleem is dat als je de metaal sputterd bij 110K, Het bij 300K natuurlijk enorm gestressed is. De TCE van Si (of SiO2) is natuurlijk heel anders als dat van het metaal.

Dit soort ontwikkelingen kan de kosten van massaproductie op den duur flink om laag brengen. Alleen al het feit dat je maar 1 apparaat nodig hebt (in dit geval werd een omgebouwde microscoop gebruikt) betekent tevens dat je veel nauwkeuriger kunt werken. Dat zijn dus al 2 voordelen.
Het is te hopen dat deze ontwikkeling weer nieuwe mogelijkheden biedt om nog meer schaaldichtheid te verkrijgen.
Wellicht zijn in de toekomst zelfs meerdere lagen boven elkaar mogelijk met deze techniek.
Interresante ontwikkelingen....

Ik zie dit nog niet zo snel groot worden. Dat dit proces op de "normale" manier 6 machines nodig heeft, heeft vooral te maken met het feit dat iedere stap een specifieke technologie op zich is en dat er een producent zich in gespecialiseerd heeft.
Ook geeft scheiding van functies vaak voordelen op het gebied van productiviteit.

Ik zie dus nog niet zo snel 1 machine ontstaan die al deze 6 stappen op hoge snelheid uitvoert (want dat is nodig voor de huidige massaproductie).
En met toch weer de (6?) traditionele machines lijkt het transporteren van een wafer met een laagje ijs erop me nogal complex. Dan mag fotoresist wat duurder of viezer zijn, het heeft ook zo zijn voordelen.

Dit is echt geniaal bedacht, het wachten is nu dus op het moment dat Ola in de nano business stapt Ik vind dat hele nano gebeuren sowieso een heel bijzondere tak van sport.

[Reactie gewijzigd door moreasy op 11 november 2010 14:48]

doe mij maar een nano raketje

Ik denk niet dat jij graag een ijsje eet dat 110K koud is Dat geeft de term 'brainfreeze' waarschijnlijk een iets duidelijkere betekenis

Maar het is inderdaad geniaal bedacht, wat ik me alleen afvraag is in hoeverre het water schoon moet zijn. Er zweeft natuurlijk van alles in gewoon leidingwater en ik vraag me af in hoeverre dit mee verdampt. Op nanoniveau kan het kleinste stofje al funest zijn voor een verbinding.

De meeste verontreinigingen in water zijn zouten, die verdampen niet mee. Water in gasvorm is puur, in gas kan je geen vaste stoffen of vloeistoffen oplossen.

Maar er kan wel een ander gas mee komen met de stoom, een andere stof ook in gasvorm.

scheikundig gezien is een "oplossing" een mengsel van 2 stoffen die door elkaar zweven, dit zou naar mijn idee dus inhouden dat een gas ook een mengsel kan vormen.
als ik naar jou uitleg kijk dan zeg je dus eigelijk dat lucht "puur" is, maar lucht bestaat uit vrij veel verschillende gassen (waaronder stikstof zuurstof en koolstofdioxide) dus lucht op zich is al een mengsel van verschillende stoffen.
het kan dus nooit zo zijn dat een gas per definitie puur is.

Ik gok dat ze er geen tapwater of flesje barleduc voor gebruiken
Gedemineraliseerd en extra gefilterd water lijkt me wel het minimale wat ze zullen gebruiken.
Maar mooie ontwikkeling dat én beter werkt (waarschijnlijk) en schoner is
lang leve de vooruitgang!

Het zal gedemineraliseerd zuiver water zijn.

Als ik het artikel lees hebben ze het over waterdamp wat in een vacuum gekoeld wordt. De techniek gaat me boven m'n pet maar het gaat nog veel verder dan water of zelfs gedemineraliseerd water. Waterdamp is volgens mij al vrij zuiver maar kan me voorstellen dat het als damp in een vacuum gewoon 100% zuiver is.

physical vapour deposition heet deze techniek.

100% zuiverheid is bijna onmogelijk om te maken.

Bij Google brengen de woorden "100%" en "purity/pure" je (in elke gewenste combo met andere termen) naar 40.000 sites die je dingen proberen aan te smeren...

Maar mijn punt is, dat het heel erg moeilijk, al dan niet onmogelijk, om iets 100% zuiver te krijgen, absoluut 1 type molecuul die zich in de substantie bevind.

Let wel, het is moeilijker dan je denkt. Omdat de meeste metalen Carbon-based zijn; elke molecuul uit combinaties van maar 3 basis-atomen (C,H,O) kan bestaan en de combinatie, hoek, hoeveelheid en clusters van andere combinatie van andere atomen de molecuul maakt.
Dus de kleinste afwijking zou al een onzuiverheid maken.

En perfectie is onmogelijk in natuur, dat is een wet.

Omdat de meeste metalen Carbon-based zijn; elke molecuul uit combinaties van maar 3 basis-atomen (C,H,O) kan bestaan en de combinatie, hoek, hoeveelheid en clusters van andere combinatie van andere atomen de molecuul maakt.
Dus de kleinste afwijking zou al een onzuiverheid maken.

That's not even wrong.

misschien dat het met omgekeerde osmoses te realizeren valt?

http://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_osmosis

@gotomtom95
Ja, misschien komt er binnenkort wel te staan bij 3.8: Transistor production .
Voor water is dit misschien wel de beste manier om het 100% zuiver te krijgen.

Maar om voor het publiek mijn punt duidelijk te maken, lees van diezelfde wikipedia pagina even het kopje: Pretreatment

Met omgekeerde osmose maak je gedemineraliseerd water. Dit water wordt gebruikt om te verdampen. Immers hoe zuiverder de bron, des te zuiverder het product.

100% zuiverheid is bijna onmogelijk om te maken.

Probeer eens wat waterstof gas, zuurstof gas en een vlammetje.
Kan zo in de microscoop gemaakt worden. Als dat niet zuiver is, is niets het.

[Reactie gewijzigd door Durandal op 11 november 2010 23:08]

Maar hoe krijg je zuiver waterstof en zuurstof?

Kan in een lab gemaakt worden, niet in een optisch hulpmiddel zoals een microscoop.

"En perfectie is onmogelijk in natuur, dat is een wet."

Volgens mij ken je felicia day nog niet.

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 155599 op 11 november 2010 23:24]

Ik denk niet dat jij graag een ijsje eet dat 110K koud is Dat geeft de term 'brainfreeze' waarschijnlijk een iets duidelijkere betekenis

Ik denk dat dat wel meevalt met een ijsje van een enkele tientallen nanometers dik.

Zuiver H2O natuurlijk. Volgens mij is het ook niet echt de bedoeling dat het geleid!

Eerder ijs van bijv INTEL.
i7 ijsjes

Ik denk dat die sneller op zijn dan die van AMD.

dat is wel erg cool... hehehe.