Polimeri autoassemblanti per i chip di domani

I ricercatori del MIT compiono un importante passo avanti nella realizzazione circuiti di piccole dimensioni, grazie all'impiego di molecole capaci disporsi automaticamente in pattern, aprendo la via alla creazione di chip di dimensioni inferiori rispetto a quanto sia possibile fare ora con i tradizionali processi di produzione.

I chip più recenti sono caratterizzati da strutture di dimensioni così ridotte che i processi impiegati per la loro produzione, di fatto immutati negli ultimi 50 anni, non potranno più essere impiegati opportunamente in un futuro più o meno prossimo. Una delle alternative che sta attirando l'interesse dei ricercatori accademici è la creazione di piccoli circuiti utilizzando molecole in grado di formare pattern e motivi idonei alla progettazione di circuiti, in maniera autonoma.

I processi produttivi impiegati attualmente prevedono innanzitutto una tecnica chiamata fotolitografia. Uno strato di silicio, metallo o altro materiale siene depositato su un chip e ricoperto con un materiale sensibile alla radiazione luminosa, chiamato photoresist. La luce viene irradiata attraverso una particolare maschera, che proietta un pattern dettagliato sul photoresist. Quest'ultimo si indurisce quandi viene esposto alla luce, in maniera tale che le zone non irradiate vengano eliminate tramite un processo chimico che va ad erodere anche lo strato di materiale posto al di sotto del photoresist non indurito.

Il principale ostacolo che si sta manifestando con l'affinamento dei processi produttivi è rappresentato dal fatto che le dimensioni delle strutture dei chip iniziano a divenire significativamente inferiori rispetto alla lunghezza d'onda della radiaizone luminosa che viene utilizzata nel processo. I produttori hanno adottato diversi accorgimenti per fare in maniera tale che la luce consenta di produrre pattern più piccoli della sua lunghezza d'onda, ma non possono ovviamente spingersi verso dimensioni inferiori.

Una strada praticabile per poter continuare a ridurre le dimensioni dei chip può essere quella di usare raggi di elettroni per trasferire il pattern della maschera sullo strato di photoresist. Ma a differenza del tradizionale processo che impiega la radizione luminosa, che va ad impressionare lo strato di photoresist in un singolo passaggio, un raggio di elettroni dovrebbe muoversi avanti e indietro sulla superficie del chip, seguendo un percorso a linee parallele. Questa particolarità rende la litografia elettronica significativamente più costosa della convenzionale litografia ottica.

I ricercatori del MIT guidati da Caroline Ross, professore di scienze dei materiali e da Karl Berggren, professore associato di ingegneria elettrica, hanno sviluppato un nuovo approccio che impiega la litografia elettronica in manienra più economica, per creare pattern di piccoli punti di "aggancio" sul chip di silicio, sul quale vengono in seguito depositati particolari polimeri che vanno ad agganciarsi ai piccoli punti e si organizzano e dispongono in pattern.

La tecnica sviluppata da Ross e Berggren impiega i "copolimeri", ovvero macromolecole composte da due differenti tipi di polimeri. Per spiegare cosa accade, Caroline Ross utilizza un simpatico paragone casalingo: "E' come avere spaghetti e tagliatelle collegati insieme. Sono due catene che non vogliono mescolarsi e, se potessero, gli spaghetti si raccoglierebbero da una parte e le tagliatelle dall'altra. Non possono farlo, però, perché sono collegati e nel tentativo di separarsi vanno a formare pattern e motivi che sono prevedibili". Al variare delle lunghezze delle catene, della proporzione dei polimeri e del posizionamento dei punti di ancoraggio, Ross e Berggren sono stati capaci di realizzare un'ampia gamma di pattern utili per la progettazione dei circuiti.

Andando ad esporre tutta la struttura ad un plasma, uno dei due polimeri viene bruciato via, mentre l'altro, che contiene silicio, diventa vetro. Lo strato di vetro può così essere utilizzato allo stesso scopo del photoresist nella fotolitografia, proteggendo il materiale che si trova al di sotto di esso mentre il resto viene eroso da agenti chimici.

Ross e Berggen stanno lavorando per affinare il posizionamento dei punti di ancoraggio, in maniera tale da realizzare circuiti funzionanti in un prototipo di chip, oltre a migliorare la tecnica per riuscire a produrre strutture di chip ancor più piccole.