Litografia ultravioleta extrema si Nanolitografia sau arta miniaturizării!

Ca sa inteleaga toata lumea este vorba despre extinderea Legii lui Moore. Se aude ca viitorul Legii este un joc de oglinzi si umbre. Companii precum AMD, IMB si INTEL continua sa isi foloseasca siliciun pentru a contrui microprocesoare mai mici si mai rapide pentru inca 10 ani, insa nu fara ajutorul litografiei ultraviolete extreme , o noua cale de imprimare a modelelor circuitelor integrate pe siliciu, care evita folosirea laselor si a lentilelor in favoarea xenonului si a reflectoarelor microscopice.
Cand Moore a prezis in 1965 calea de dezvoltare a microprocesoarelor, acestea erau contruite cu tehnicile de litografiere optice folosite si astazi, bazate pe lasare si lentile pentru obtinerea traseelor circuitului pe pasta de siliciu.
Litografia isi va atinge in curand limitele. "Sunt probleme materiale importante cand incerci sa cobori sub lungimea de unda sub 193 de nm" marturiseste Gregg Gallantin.
Litografie optică
Majoritatea dispozitivelor electronice produse în ziua de azi pentru a fi comercializate sunt făcute prin litografie optică sau fotolitografie. Aceasta este cea mai ieftină metodă pentru a produce circuite miniaturale la scară industrială. Principiul litografiei optice constă în îndepărtarea selectivă a unor părţi dintr-un film de polimer fotosensibil pentru a transfera o schema geometrică asupra probei cu ajutorul unei măşti - desenul schemei este realizat dintr-un strat de metal aplicat pe o sticlă de quartz.

Primul pas în acest proces este aplicarea unui strat subţire şi uniform de polimer fotosensibil pe suprafaţa probei (în figura alăturată aceasta este un wafer), urmând montarea probei într-un dispozitiv de aliniere cu mască. Pasul următor constă în iluminarea probei prin mască cu lumină ultravioletă - lungimi de undă 248 sau 193 nm. În zonele iluminate lanţurile moleculare ale polimerului sunt rupte de către lumina ultravioletă, spre deosebire de zonele protejate de mască (vezi poza alăturată). Pasul următor constă în îndepărtarea polimerului din zonele expuse cu ajutorul unui developant adecvat polimerului folosit. Astfel, în stratul subţire de polimer s-a transferat schema geometrică de pe mască. În ultimul pas există mai multe variante de a transfera schema geometrică înscrisă în polimer către probă. O primă soluţie ar fi imersia probei într-o soluţie acidă care nu atacă polimerul folosit, putându-se îndepărta material de pe suprafaţa probei din zonele unde polimerul a fost îndepărtat. O a doua soluţie ar fi depunerea unuia sau mai multor straturi de metal (de obicei aur şi crom) pentru a crea un circuit pe suprafaţa materialului, urmând imersia probei într-un dizolvant adecvat pentru polimerul folosit. Trebuie menţionat că metalul o să rămână pe suprafaţa materialului numai în zonele în care polimerul a fost îndepărtat prin developare. În rest metalul este îndepărtat o dată cu dizolvarea polimerului.
Posibilitatea de a proiecta o imagine clară a unui dispozitiv mic către probă este limitată de lungimea de undă a luminii folosite - aparatele de ultima generaţie folosesc lumină cu lungime de undă de 248 şi 193 nm, care permit realizarea unor dispozitive de până la 50 nm. Mai există şi alte limitări alte acestei tehnologii, cum ar fi polimerul şi developantul folosit şi capacitatea lentilei de reducţie de a captura destule ordine de difracţie de la masca iluminată.
Recent, un avânt extraordinar l-a cunoscut aşa-numita litografie optică prin imersie. Astfel, până acum câţiva ani, se credea că am ajuns la sfârşitul litografiei optice, deoarece lungimi de undă ultraviolete şi mai mici nu puteau fi folosite, pentru că puneau probleme majore sistemului de construcţie (oglinzi, polimer, etc.). Cu toate acestea, o soluţie surpriză a venit dintr-un colţ neaşteptat: imersia optică.
Aici, între sistemul optic şi probă se interpune un strat subţire de lichid (de obicei apă), o soluţie tehnică copiată de la microscoapele cu imersie în lichid. Deoarece indicele de refracţie al lichidului este mai mare decât cel al mediului ambiant, sunt astfel posibile crearea unor structuri şi mai mici pe probă, după cum şi la microscopul cu imersie lichidă probele ce sunt vizualizate apar puţin mai mari (cu un factor în jur de 1,5). Un rol important în aceste cercetări l-a avut şi cercetătorul român Mircea Duşa, căruia i s-a acordat în anul 2003 premiul pentru cercetătorul anului al companiei ASML, prima companie ce a introdus cu succes pe piaţă un sistem optic de litografie cu imersie.
Litografie cu fascicul de electroni

Microscopul cu electroni (Scanning Electron Microscope sau SEM) este un tip de microscop care creează imagini prin focalizarea unui fascicul cu electroni de energie înaltă pe suprafaţa unei probe şi detectarea semnalelor interacţiunii electronilor incidenţi cu suprafaţa probei. Tipurile semnalelor detectate de un SEM variază şi pot include electroni secundari, raze X caracteristice sau electroni împrăştiaţi înapoi. Într-un SEM, aceste semnale vin nu numai de la fasciculul principal incident pe probă, dar şi de la interacţiuni ale electronilor în interiorul probei aproape de suprafaţă. Microscopul cu electroni este capabil să producă imagini cu rezoluţie foarte înaltă ale suprafeţei unei probe.
Litografia cu un SEM este similară litografiei optice, numai că în loc de lumina ultravioletă şi mască se foloseşte fasciculul foarte subţire de electroni - în 2005 fasciculele de electroni aveau dimensiuni de ordinul nanometrilor - pentru a crea un desen într-un polimer sensibil la lungimile de undă folosite. Deoarece astfel putem depăşi limita de difracţie a luminii şi realiza dispozitive sub-micrometrice, acesta constituie marele avantaj al litografiei cu flux de electroni. Deoarece este încă scump, acest tip de litografie este folosit în principal în crearea de măşti pentru litografia optică, în realizarea dispozitivelor semiconductoare cu volum mic de producţie, şi, nu în ultimul rând, în cercetare şi dezvoltare.
Litografia cu fascicul de electroni nu este viabilă pentru producţia de masă din cauza volumului limitat de dispozitive care pot fi procesate într-un timp dat. Fasciculul trebuie să scaneze suprafaţa probei - iar expunerea propriu-zisă a schemei geometrice este serială, însemnând că expunerea are loc punct cu punct. Acest lucru face procesul foarte încet comparativ cu expunerea paralelă din cazul litografiei optice, unde întreaga suprafaţă este expusă o dată. Ca exemplu, pentru a transfera o schemă către un wafer (bucată standard de material, sub forma unui disc cu un diametru de până la 30 cm şi o grosime de ordinul milimetrilor) ar dura câteva ore, spre deosebire de câteva minute cât durează expunerea în cazul litografiei optice.
Litografie cu un Microscop cu Forţă Atomică
Un Microscop cu Forţă Atomică sau AFM (Atomic Force Microscope) este un microscop cu o rezoluţie demonstrată sub-nanometrică, în care imaginea este achiziţionată prin înregistrarea deflecţiei verticale a unui catilever cu ajutorul unui laser şi a unei diode fotosensibile (vezi poza alăturată). La capătul catileverului este un vârf cu o rază de sub 10 nm care este în contact cu proba. O data adus vârful în contact cu proba, aceasta este mişcată în plan cu ajutorul unui piezoscaner, iar deflecţia cantileverului este înregistrată linie cu linie, asamblată într-o matrice şi interpretată în timp real cu ajutorul calculatorului, realizându-se astfel imaginea suprafeţei.
Litografia cu microscopul cu forţă atomică se bazează pe interacţia vârfului cu suprafaţa. O primă modalitate de a crea un dispozitiv pe suprafaţa probei este de a aplica o diferenţă de potenţial între vârf şi suprafaţă. Această diferenţă de potenţial generează curgerea unui curent de electroni între vârf şi suprafaţa probei, şi care la rândul lui declanşează o reacţie chimică. Rezultatul este crearea unei cantităţi de oxid sub vârf, modificând proprietăţile electronice ale probei. Folosind diferite forme geometrice se pot crea dispozitive electronice sub-micrometrice. O a doua modalitate de a modifica proprietăţile electronice ale suprafeţei şi de a crea dispozitive electronice este zgârierea efectivă a suprafeţei cu ajutorul vârfului sau zgârierea unui strat de polimer depus pe suprafaţa probei, urmată de imersia într-o soluţie acidă şi îndepărtarea selectivă a unei părţi din suprafaţa probei.
SURSA: www.stiinte.info

Biosenzorii

Biosenzorii, sau pe intelesul tuturor medicina intrun singur cip. Peste cativa ani, vizita la doctor s-ar putea sa nu includa reviste invechite, farmacii si exclamatii de genul "AAAAAA". Un cip implantat in corp va functiona ca un medic prezent permanent, detectand bolile intr-o faza incipienta si administrand medicamentele necesare direct in fluxul sanguin. Da da da.... stiu ca suna ca o fictiune prezenta intr-un episod din desenele animate.
Biosenzorii se folosesc deja cu succes in domeniul medical. Biosenzorii externi sunt folositi in camerele de urgenta ca si unitati de diagnostic, care indica imediat daca un pacient cu probleme cardiace trebuie sau nu trebuie retinut pentru ingrijiri ulterioare, prin testarea compozitiei sangelui individului. MicroChips testeaza un implant care permite administrarea medicamentelor pe termen lung, in functie de momentul zilei. Presedintele MicroChips crede ca tehnoligia va fi folosita in cel mult 10 ani: "traim vremuri foarte interesante. Umatorul pas este biosenzorul controlat manual, de la distanta care detecteaza si bolile acute, iar mai tarziu bisenzorul care va aproxima un organ artifical; va sesiza o anumita stare si va raspunde automat la aceasta, fara nicio interventie din exterior".
In prezent, biosenzorii din statiile de monotorizare ale mediului pot detecta compusi ai athraxului poate dura intre 12-24 de ore.