Investigadores de IBM han sido los primeros en hacer transistores 3D veloces usando este nuevo método.
En 2011, la industria de los ordenadores adoptó los transistores en 3D para los circuitos integrados de alta gama porque cambian de estado más rápido y consumen menos energía que los circuitos planos. Normalmente este tipo de circuitos se produce mediante fotolitografía, el mismo proceso que se usa para la mayoría de los circuitos. En este proceso las obleas de silicio se cubren con un material sensible a la luz llamado fotorresistencia y después se exponen a un patrón que se crea pasando luz a través de un filtro que se conoce como máscara. Allí donde da la luz la fotorresistencia se cura; el resto se elimina mediante un lavado y a continuación la oblea se graba mediante un proceso químico para crear los detalles en las partes expuestas de la superficie.
Para los microchips más rápidos, que tienen elementos de apenas 22 nanómetros de tamaño y una separación entre ellos de 80 nanómetros, este proceso se repite unas 30 veces, explica el director de nanofabricación de la empresa Semiconductor Research Corp., Kwok Ng. Cada paso requiere su propia máscara, que es cara y añade tiempo al proceso. La fotolitografía funcionará para la próxima generación de chips, con características de apenas 14 nanómetros de tamaño; pero para conseguir chips más rápidos con características más pequeñas será demasiado cara y complicada y se topará con los límites que impone la longitud de onda de la luz.
El grupo de IBM ha usado un nuevo método conocido como "autoensamblado dirigido", usando una clase de materiales llamados copolímeros en bloque (las cadenas de polímeros están formadas por dos tipos de monómeros, o bloques).
Se puede conseguir que estos materiales se autoensamblen para formar patrones complejos, por ejemplo una fila muy densa para crear rayas. Esto se hace diseñando la longitud, el tamaño y otras características del polímero, por ejemplo cómo se atraen o se repelen dos bloques distintos.
Los patrones creados de esta forma pueden ser mucho más densos que lo que permite la litografía. Eso significa que el método se puede usar para crear las partes más pequeñas, densas y uniformes de un circuito integrado: por ejemplo, los canales en los transistores de silicio o las aletas en los transistores 3D. El resto del circuito se seguiría formando usando métodos convencionales.
El grupo de IBM ha usado métodos de fotolitografía existentes para hacer un patrón previo sobre una capa de fotorresistencia y formar una serie de zanjas paralelas profundas. Estas zanjas ayudan a dirigir el montaje de copolímeros en bloque y se colocaron para formar los patrones necesarios para grabar aletas de transistor más pequeñas y con una densidad mayor que la que permite sólo el uso de la fotolitografía. Los dispositivos funcionales resultantes tenían características separadas por apenas 29 nanómetros, mucho menos que los 80 nanómetros posibles en la actualidad.
"Han usado estos polímeros no sólo para hacer patrones bonitos, sino para hacer dispositivos funcionales", afirma la científica de los materiales del Instituto de Tecnología de Massachusetts (EEUU), Caroline Ross, que investiga el autoensamblado. "Han demostrado una forma creativa de conseguir patrones que normalmente no se formarían".
Ng explica que ya hay algunos fabricantes de chips ya están probando el autoensamblado dirigido. Sin embargo, los polímeros en bloque tienden a ensamblarse con algunos defectos, y queda por ver si el proceso se puede controlar bien para hacer grandes volúmenes.