Investigadores de Johns Hopkins Crean Microchips Más Pequeños

memory Investigadores de Johns Hopkins desarrollan técnicas innovadoras para crear microchips más pequeños, avanzando en la miniaturización de circuitos electrónicos.

En un avance que promete redefinir los límites de la electrónica moderna, un equipo de científicos de la Universidad Johns Hopkins ha desarrollado técnicas innovadoras para crear microchips significativamente más pequeños. Este descubrimiento, publicado en la prestigiosa revista Nature Chemical Engineering, aborda uno de los mayores desafíos de la industria tecnológica actual: cómo continuar miniaturizando los componentes electrónicos cuando nos acercamos a los límites físicos de la materia.

Los investigadores, en colaboración con científicos de la East China University of Science and Technology, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Soochow University, Brookhaven National Laboratory y Lawrence Berkeley National Laboratory, han logrado crear circuitos tan pequeños que son invisibles para el ojo humano, con detalles inferiores a 10 nanómetros. Para poner esto en perspectiva, un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro, y un cabello humano tiene un grosor de aproximadamente 80,000 nanómetros.

Este avance no solo representa un hito científico, sino que también tiene implicaciones prácticas enormes para la industria de semiconductores y, por extensión, para prácticamente todos los aspectos de nuestra vida tecnológica. Desde smartphones y computadoras hasta automóviles y dispositivos médicos, casi todos los dispositivos electrónicos modernos dependen de microchips, y la capacidad de hacerlos más pequeños, más rápidos y más eficientes energéticamente es crucial para el progreso tecnológico continuo.

waves Litografía B-EUV: Más Allá de los Límites Actuales

Para entender la importancia de este avance, primero debemos comprender el proceso de fabricación de microchips. Los microchips son piezas planas de silicio con circuitos integrados que ejecutan funciones básicas. Los fabricantes recubren obleas de silicio con un material sensible a la radiación llamado "resistor". Cuando un haz de radiación golpea el resistor, provoca una reacción química que graba patrones y circuitos en la oblea.

Durante décadas, la industria ha seguido la Ley de Moore, que predice que el número de transistores en un circuito integrado se duplica aproximadamente cada dos años. Para lograr esto, los fabricantes han tenido que reducir constantemente el tamaño de los componentes. La litografía ultravioleta extrema (EUV) con una longitud de onda de 13.5 nm es actualmente la tecnología dominante para la fabricación de semiconductores de alta gama. Sin embargo, a medida que nos acercamos a los límites físicos de esta tecnología, la industria busca soluciones más avanzadas.

La transición de EUV a B-EUV representa un salto tecnológico significativo. Una vez que la tecnología EUV se adapte para la fabricación de alto volumen, la transición a B-EUV será relativamente sencilla en términos de infraestructura. Sin embargo, desde la perspectiva de los materiales, la química de radiación revela propiedades similares en las dos longitudes de onda, aunque las propiedades ópticas de los materiales cambian rápidamente en el régimen EUV y de rayos X blandos debido a la presencia de bordes afilados de absorción atómica.

"El salto de DUV a EUV es un enorme desafío tecnológico debido a varias razones como la operación en vacío, ópticas de proyección reflectantes, fuente de luz efectiva y respuesta de los materiales fotorresistores a energías de fotones sustancialmente diferentes. Sin embargo, una vez que la tecnología EUV se adapte para la fabricación de alto volumen, la transición de EUV a BEUV será relativamente sencilla". - Nature Scientific Reports

science Materiales Metal-Orgánicos: La Clave del Avance

El corazón del descubrimiento de Johns Hopkins radica en el desarrollo de nuevos materiales resistores metal-orgánicos que pueden absorber eficazmente la radiación B-EUV. Los resistores tradicionales luchan bajo los haces de radiación de alta potencia necesarios para grabar los detalles más diminutos. Para abordar este problema, el equipo introdujo un enfoque innovador que aprovecha compuestos metal-orgánicos.

Estos nuevos resistores están compuestos por metales como el zinc, que absorben eficazmente la luz B-EUV y generan electrones que desencadenan transformaciones químicas en un material orgánico llamado imidazol. Esta combinación crea recubrimientos estables pero reactivos, ideales para los protocolos de litografía. Lo fascinante de este enfoque es que los metales que no funcionan bien con una longitud de onda pueden ser excelentes con otra.

El zinc, por ejemplo, no es muy bueno para la radiación ultravioleta extrema, pero es uno de los mejores para la B-EUV. Esta versatilidad es crucial porque diferentes átomos metálicos responden de manera distinta a varias longitudes de onda de radiación, permitiendo soluciones personalizadas para aplicaciones específicas de litografía. El equipo ya ha comenzado a probar combinaciones específicamente para la radiación B-EUV, que se espera que se adopte en la fabricación dentro de la próxima década.

precision_manufacturing Proceso de Deposición Química Líquida (CLD)

Un obstáculo significativo que el equipo tuvo que superar fue desarrollar un método para depositar de manera confiable estos resistores metal-orgánicos a escala de oblea, manteniendo el control a nivel de nanómetro sobre el espesor. Para lograr esto, los investigadores pionearon una técnica llamada deposición química líquida (CLD) que permite recubrir estos materiales en capas calibradas con precisión.

Este método de deposición basado en solución es ventajoso para la escalabilidad y consistencia, factores vitales para la integración en las líneas de fabricación de semiconductores existentes. Utilizando una sinergia de investigaciones experimentales y modelado computacional, el equipo multidisciplinario refinó la química y los parámetros del proceso para optimizar el rendimiento del resistor en obleas de silicio estándar de 10 cm.

La publicación del equipo detalla el enfoque de deposición por rotación de películas amorfas de marcos de imidazol zeolítico para aplicaciones de litografía. Este trabajo elucida la química fundamental que permite la formación de películas homogéneas y ultra-delgadas que sirven como máscaras precisas durante la exposición a la radiación. Al controlar la formación de la película hasta variaciones a nivel de nanómetro, la técnica garantiza un patrón reproducible, crítico para los estándares de fabricación de semiconductores.

Los nuevos materiales resistores ofrecen más que solo precisión en el patrón; también boastan mayor robustez química y estabilidad ambiental en comparación con los fotoresistores tradicionales. Esta resiliencia es fundamental a medida que los fabricantes integran fuentes de radiación de mayor intensidad, que pueden degradar o dañar los resistores convencionales, lo que lleva a defectos y pérdida de rendimiento.

trending_up Implicaciones y Futuro de la Tecnología

Las implicaciones de este descubrimiento se extienden mucho más allá del laboratorio. A medida que la industria de semiconductores enfrenta una presión creciente para reducir costos mientras empuja los límites de la miniaturización, esta investigación llega como un posible cambio de juego. El uso de resistores metal-orgánicos procesados por solución combinado con técnicas de deposición avanzadas promete simplificar la producción y mejorar la resolución de características simultáneamente.

El enfoque no solo promete impulsar la innovación en la electrónica de consumo con chips más rápidos y eficientes energéticamente, sino que también tiene potencial para dominios tecnológicos más amplios, incluyendo hardware de inteligencia artificial, elementos de computación cuántica y sensores de próxima generación en sistemas aeroespaciales y automotrices.

La adaptabilidad de esta química es digna de mención. Con una paleta de más de diez metales y cientos de ligandos orgánicos potenciales, la investigación abre un amplio espacio de diseño que permite a los litógrafos personalizar las propiedades de los resistores para longitudes de onda específicas y necesidades de fabricación. Este enfoque modular capacita a los ingenieros de fabricación de semiconductores para ajustar las características de absorción y los perfiles de respuesta química adaptados a tecnologías de litografía emergentes más allá de la B-EUV, asegurando el futuro de la industria contra la rápida evolución en las fuentes fotónicas y las demandas de fabricación.

play_circle Cómo Funciona la Litografía EUV

Para comprender mejor el proceso de litografía que está revolucionando la fabricación de microchips, te invitamos a ver este video que explica cómo funciona la litografía de ultravioleta extremo (EUV), la tecnología predecesora de la B-EUV:

summarize Conclusión: Un Paso Gigante en la Nanotecnología

El avance de los investigadores de Johns Hopkins representa mucho más que un simple logro técnico. Es un testimonio del poder de la colaboración interdisciplinaria y un ejemplo brillante de cómo la innovación en materiales puede abrir nuevas fronteras tecnológicas. Al desarrollar nuevos resistores metal-orgánicos y un proceso de deposición química líquida, el equipo ha abordado uno de los desafíos más apremiantes de la industria de semiconductores: cómo continuar miniaturizando los componentes electrónicos cuando nos acercamos a los límites fundamentales de la física.

A medida que avanzamos hacia una era cada vez más digitalizada y conectada, la importancia de los microchips no puede ser subestimada. Desde la inteligencia artificial hasta la computación cuántica, desde los vehículos autónomos hasta la medicina personalizada, prácticamente todos los avances tecnológicos del futuro dependerán de nuestra capacidad para fabricar componentes electrónicos más pequeños, más rápidos y más eficientes.

"Este avance no solo promete impulsar la innovación en la electrónica de consumo con chips más rápidos y eficientes energéticamente, sino que también tiene potencial para dominios tecnológicos más amplios, incluyendo hardware de inteligencia artificial, elementos de computación cuántica y sensores de próxima generación en sistemas aeroespaciales y automotrices". - Michael Tsapatsis, Universidad Johns Hopkins

El trabajo de los investigadores de Johns Hopkins y sus colaboradores representa un paso significativo hacia la realización de esta visión. Al superar los límites actuales de la litografía y abrir nuevas posibilidades para la miniaturización, este avance no solo extiende la vida de la Ley de Moore, sino que también allana el camino para tecnologías que hoy apenas podemos imaginar.

En última instancia, este descubrimiento nos recuerda que incluso cuando enfrentamos aparentes barreras fundamentales, la creatividad humana y la colaboración científica pueden encontrar caminos hacia adelante. Y en este viaje de descubrimiento, los materiales metal-orgánicos y la litografía B-EUV se han convertido en nuestras herramientas más poderosas, abriendo puertas que antes estaban cerradas y revelando secretos que habían permanecido ocultos en el mundo nanométrico.