Tokyo Tech ve TOK’daki bilim insanları, yakın zamanda geliştirilen bir blok kopolimerin, yarı iletken üretiminde entegrasyon ve minyatürleştirme sınırlarını aşmaya yardımcı olabileceğini bildirdi. Yarı aralık genişliği on nanometreden az olan dik lameller, güvenilir yönlendirilmiş kendi kendine montaj için kimyasal olarak uyarlanmış önerilen bileşikten daha iyi performans gösterebilir. Bu, geleneksel ve yaygın olarak kullanılan blok kopolimerlerden daha iyi performans gösterebilir.
Son on yıllardaki inanılmaz performans artışları, minyatürleştirmenin modern elektroniğin temel özelliklerinden biridir. Bu ivmeyi sürdürmek için, tüm elektronik cihazların temel bileşeni olan yarı iletken yongalarda daha ince devre desenleri geliştirmek gerekir. Bazı uzmanlar, 2037 yılına kadar yarı iletken cihazların özellikleri arasındaki en küçük mesafenin, yeni nesil elektroniği desteklemek için “yarım adım” olarak bilinen 8 nm kadar küçük olması gerektiğini tahmin ediyor. Bu tahmin, litografik işlemlerde (yarı iletken parçaları için oldukça karmaşık devre desenleri oluşturma yöntemi) ilerleme gerektiğini gösteriyor.
Beklendiği gibi, herhangi bir malzemeden bu kadar ince ayrıntılı yapılar yapmak çok zordur. Blok kopolimerlerle (BCP’ler) yönlendirilmiş kendi kendine montaj (DSA), bu başarıyı elde etmek için umut verici bir yöntemdir.
BCP’ler, iki veya daha fazla farklı polimer parçasından veya bloğundan oluşan uzun zincir benzeri moleküllerdir. DSA süreci, BCP’lerdeki farklı blokların kendiliğinden ve tutarlı bir şekilde düzenli yapılar ve desenler halinde düzenlenmesini sağlar. Bu yaklaşım kesinlikle etkili olsa da, DSA ile 10 nanometreden (10 nm altı) daha küçük özellikler üretmek hala zordur.
Tokyo Teknoloji Enstitüsü (Tokyo Tech) ve Tokyo Ohka Kogyo (TOK) araştırmacıları, 6 Temmuz 2024’te Nature Communications dergisinde yayınlanan son bir çalışmada olasılıkların sınırlarını zorlamayı başardılar. Prof. Teruaki Hayakawa liderliğindeki araştırma ekibi, lameller alanlar (ince ve alternatif katmanlardan oluşan yapı) biçiminde bir alt tabaka üzerinde çok küçük çizgi desenleri oluşturmak için yeni bir BCP geliştirdi. Yeni gelişmiş yarı iletken cihazlar, bu küçük desenler sayesinde ortaya çıkabilir.
Polistiren blok polimetil metakrilat (veya PS-b-PMMA olarak da bilinir), DSA için temsili ve yaygın olarak incelenen yeni geliştirilen bir BCP’dir. Araştırmacılar önce PS-b-PMMA’yı uygun miktarda poli (glisidil metakrilat) (PGMA) ekleyerek elde ettiler. Daha sonra, PS-b-PG-F M adlı polimerdeki farklı bloklar arasındaki itici etkileşimleri geliştirmek için PGMA segmentini farklı tiyollerle değiştirdiler. PS ve PMMA segmentleri molekülün farklı parçalarının havaya olan afinitesini de kontrol etti. Bu, DSA sırasında kendi kendini hizalama sürecinde çok önemliydi.
İnce bir film olarak uygulandığında, BCP’nin aşırı derecede küçük nanometrik lameller, atomik kuvvet mikroskobu kullanılarak doğrulandığı gibi, yapılara güvenilir bir şekilde kendi kendine yapıştığını gördük. Bununla birlikte, bu yeni bileşik, paralel polistiren kimyasal kılavuzlara sahip bir alt tabaka üzerinde etkili bir şekilde çalıştı.
Hayakawa, yönlendirilmiş öz-birleştirme yoluyla güvenilir ve tekrarlanabilir alanlar elde edilebilir ve 7,6 nm’lik bir yarım adım boyutuna karşılık gelen paralel çizgi desenleri elde edilebilir. Bu, üst kaplaması olmayan ince film lameller için dünya çapında bildirilen en küçük yarım adım boyutlarından biridir.
Genel olarak, bu heyecan verici bulgular yarı iletken üretiminde son teknolojiyi ilerletme potansiyeline sahiptir. Hayakawa, “PS- b -PG F M BCP’ler, geleneksel PS- b -PMMA için kullanılanlara benzer şekilde DSA süreçlerinde ince desenler üretebildikleri ve bunları geride bırakma potansiyeline sahip oldukları için litografide kullanım için umut vadeden şablonlardır ” sonucuna varıyor. “Gelecekte, şablon olarak PS- b -PG F M ince filmlerdeki çizgi desenlerini kullanarak desen transfer süreçlerini optimize etmeyi amaçlayan çalışmalar araştırılacak” diye ekliyor ve geleceğe yönelik hedeflerini paylaşıyor.
Bu gelişmeler bizi elektronik ve yapay zeka sistemlerinde yeni bir çağa yaklaştırabilir!
Kaynak:
https://www.nature.com/articles/s41467-024-49839-0
Derleyen: Atalay Bozdoğan – Akdeniz Üniversitesi Makine Mühendisliği Öğrencisi
