В течение почти 60 лет информационная эра подарила миру Интернет, смартфоны и молниеносные компьютеры. Это стало возможным благодаря удвоению количества транзисторов, которые можно разместить на компьютерном чипе каждые два года, в результате чего миллиарды транзисторов атомного масштаба могут поместиться на устройстве размером с ноготь. Даже отдельные атомы можно наблюдать и подсчитывать в пределах таких длин «атомного масштаба».
Физический предел
Когда эта работа достигла своего текущего максимума, американские ученые занялись поиском вариантов для расширения процесса и поиска методов для создания чипов большей мощности и экономичности.
«Это будет небольшая часть всего процесса», — сказал Дэвид Грейвс, заместитель директора лаборатории низкотемпературных плазменных взаимодействий с поверхностью Принстонского университета, говоря о моделировании микросхем атомарного масштаба. По его словам, информация, полученная в результате моделирования, «может привести ко многим хорошим вещам, и поэтому эта работа в лаборатории имеет некоторые перспективы».
Хотя сокращение не может продолжаться долго, «оно еще не полностью завершилось», сказал он. «Сейчас промышленность задействует в большинстве своем эмпирические методы при создании инновационных процессов. Фундаментальные исследования требуют времени и опыта, который не всегда есть в отрасли», — сказал он. «Это создает сильный стимул для лабораторий взяться за работу».
Ученые PPPL смоделировали то, что называется «травлением атомного слоя» (ALE), все более важным этапом изготовления, который заключается в удалении с поверхности некоторых атомных слоев. Такой подход можно задействовать для вытравливания различных трехмерных структур с минимальными размерами.
Данная модель создавала последовательное применение хлора в газообразном состоянии и ионов аргоновой плазмы для управления процессом травления кремния в атомарном масштабе. Плазма, задействованная при работе полупроводниковых устройств, имеет температуру, близкую к комнатной, в отличие от сверхгорячей плазмы, используемой в экспериментах по термоядерному синтезу.
«Неожиданным эмпирическим открытием стало то, что этот процесс показывает высокую эффективность при условии, что энергии ионов были немного выше, чем те, с которых мы начали», — сказал Грейвс. «Итак, это будет наш следующий шаг в моделировании — посмотреть, сможем ли мы понять, что происходит, когда энергия ионов намного выше, и почему это так хорошо».
Забегая вперед, «полупроводниковая промышленность в целом рассматривает возможность значительного расширения материалов и типов используемых устройств, и это расширение также должно быть обработано с точностью до атома», — сказал он. «Цель США — возглавить мир в использовании науки для решения важных промышленных проблем», — сказал он, — «и наша работа является частью этого».
