Forschung -

NYU: Durchbruch bei der Herstellung von Nanochips

Auf der Suche nach kleineren und schnelleren 2-D Prozessoren entwickelte ein internationales Forschungsteam einen thermischen Lithografieprozess, der höhere Qualität, niedrigere Kosten und Serienproduktionspotenzial in Aussicht stellt.

Der vom Forscherteam erstellte Bericht schildert einen Durchbruch bei der Herstellung von atomar dünnen Prozessoren - eine Entdeckung, die weitreichende Auswirkungen auf die Chipherstellung im Nanobereich haben könnte. Das gilt sicher auch für Labors auf der ganzen Welt, wo Wissenschaftler 2-D Materialien für immer kleinere und schnellere Halbleiter untersuchen.

Das Team, unter der Leitung von Professorin Elisa Riedo (Chemical and Biomolecular Engineering) von der 'New York University Tandon School of Engineering', stellte die Forschungsergebnisse in "Nature Electronics" vor.

Elisa Riedo und Doktorand Xiangyu Liu stellen hochwertige 2-D Chips her. Die Forscher zeigen, dass die Lithografie mit einer auf über 100 °C erhitzten Sonde die Standardmethoden zur Herstellung von Metallelektroden auf 2-D Halbleitern, wie Molybdändisulfid (MoS2), übertroffen hat.

Solche Übergangsmetalle gehören zu den Materialien, von denen Wissenschaftler annehmen, dass sie Silizium hinsichtlich atomar kleiner Chips ersetzen können.

Das neue Herstellungsverfahren des Teams - die sogenannte thermische Rastersondenlithografie (t-SPL) - bietet zahlreiche Vorteile gegenüber der heutigen Elektronenstrahl-Lithografie (EBL).

Erstens verbessert die thermische Lithografie die Qualität der 2-D Transistoren erheblich und gleicht die Schottkybarriere aus, die den Elektronenfluss an der Schnittstelle von Metall und 2-D Substrat behindert.

Im Gegensatz zu EBL ermöglicht die thermische Lithografie den Chipdesignern außerdem, den 2-D Halbleiter einfach abzubilden und dann die Elektroden nach Wunsch festzulegen.

Darüber hinaus versprechen die t-SPL-Fertigungssysteme erhebliche Einsparungen bei den Anschaffungs- und Betriebskosten. Sie reduzieren den Stromverbrauch durch den Betrieb unter normalen Umgebungsbedingungen drastisch.

Damit entfallen die Erzeugung hochenergetischer Elektronen und die Bereitstellung eines Ultrahochvakuums. Schließlich lässt sich dieses thermische Herstellungsverfahren auch durch den Einsatz paralleler Thermosonden leicht für die industrielle Produktion skalieren.

Riedo hofft, dass t-SPL die meiste Produktion außerhalb der Reinräume stattfinden lässt - in denen die Forscher um Zeit mit den teuren Geräten konkurrieren müssen - und zudem in einzelne Labors bringen wird, wo die Experten die Materialwissenschaft und das Chipdesign schneller voranbringen könnten.

Der Präzedenzfall von 3-D Druckern ist eine treffende Analogie: Eines Tages könnten diese t-SPL-Tools mit einer Auflösung von unter 10 nm, die mit normaler Netzspannung und unter normalen Umgebungsbedingungen betrieben werden, in Forschungslabors wie dem von Professorin Riedo zu allgegenwärtigen Systemen werden.

Riedos Arbeit an Thermosonden reicht mehr als ein Jahrzehnt zurück, zunächst bei IBM Research in Zürich und später bei SwissLitho, das von ehemaligen IBM-Forschern gegründet wurde.

Für die aktuelle Forschung wurde ein Verfahren auf Basis eines SwissLitho-Systems entwickelt und eingesetzt. Riedo begann, sich mit der Thermolithografie für die Herstellung von Nanometallen an der City University of New York (CUNY) Graduate Center Advanced Science Research Center (ASRC) zu beschäftigen.

Dieses Forschungsprojekt wurde vom U.S. Army Research Office, dem Office of Basic Energy Sciences des U.S. Department of Energy, der National Science Foundation und dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unterstützt.

Schrifttum: “Patterning Metal Contacts on Monolayer MoS₂ with Vanishing Schottky Barriers Using Thermal Nanolithography” in "Nature Electronics".

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