MIT entwickelt selbststrukturierende Computerchips

Forscher des amerikanischen Massachusetts Institute of Technology (MIT) arbeiten an einem neuen Verfahren, mit dem die Produktion von hochintegrierten Schaltkreisen günstiger werden soll. Dabei kommen Moleküle zum Einsatz, die sich selbständig in für die Chipfertigung nützliche Nanostrukturen organisieren. Dadurch lassen sich relativ preisgünstig noch kleinere Schaltelemente auf einem Chip unterbringen.

Das Verfahren wird in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitung Nature Nanotechnology vorgestellt. Erreicht es die Marktreife, könnte es eine Alternative zur Fotolithografie darstellen, die heute zur Chipproduktion verwendet wird.

Wie das MIT mitteilt, ist das Problem der Fotolithografie, dass die Schaltelemente heute schon wesentlich kleiner sind als die Wellenlänge des bei der Lithografie verwendeten Lichts. Für sehr kleine Strukturen könne man als Ersatz die Elektronenstrahllithografie verwenden, allerdings sei diese Technik sehr aufwändig und teuer. Es wird also ein Verfahren gesucht, mit dem man die winzigen Strukturen rationell herstellen kann.

Das Wissenschaftlerteam unter Leitung von Caroline Ross und Karl Berggren setzen die Elektronenstrahllithografie nur ein, um eine Art „Pfosten“ im Nanobereich auf einem Silizium-Chip zu platzieren. Dann tragen sie sogenannte binäre Copolymere auf. Das sind große Moleküle, die aus einer Kette von zwei verschiedenen regelmäßig angeordneten Moleküleinheiten bestehen.

Diese Copolymere hängen sich spontan an den vorher gesetzten „Pfosten“ ein und richten sich in einer bestimmten Formation aus, da sie sich möglichst weit voneinander entfernen wollen. Berggren erläutert das Verhalten der Moleküle anhand des Films „Midnight Run„: In ihm sind ein Kopfgeldjäger und ein Krimineller mit Handschellen aneinander gefesselt, können sich aber auf den Tod nicht ausstehen.

Indem man Form und Anordnung der „Pfosten“, die Proportionen des Polymers und die Länge der Molekülketten verändert, kann man unterschiedliche Strukturen erzeugen. Darunter auch solche, wie sie in der Chipfertigung gebraucht werden.

Wenn man die entstehende Struktur Plasma aussetzt, brennt eine Moleküleinheit weg, die andere wird zu Glas. Dadurch erzielt man denselben Effekt wie mit Fotolack bei der Elektronenstrahllithografie. Hier verändert sich die Festigkeit des Lacks, wenn er mit Licht bestrahlt wird. Schickt man Licht durch eine Maske auf eine Fotolackschicht, kann man damit Strukturen erzeugen. Das funktioniert ähnlich wie bei einem Fotonegativ.

Im Unterschied zum Fotolack kann man mit den Copolymeren aber viel feinere Strukturen erzeugen. Bis das Verfahren industriell genutzt werden kann, wird jedoch noch Zeit vergehen. Das Team von Ross und Berggren arbeitet zur Zeit daran, einen Prototypen eines funktionstüchtigen Chips herzustellen.