Исследователи из Новосибирского государственного университета (НГУ) разработали концепцию опытного рентгеновского литографа и назвали его «Орел-7». Он, скорее всего, будет интегрирован в инфраструктуру центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ). Реализация этого проекта позволит осуществлять работу в рентгеновском спектре. А это, в свою очередь, откроет перспективы для создания микроэлектронных компонентов с нанометровыми размерами, приближаясь к атомарному уровню точности.
Вместе с экспертами «ЗУМ-СМД» рассмотрим принцип работы этого уникального опытного образца.
Рентгеновские лучи открывают двери к сверхминиатюрным транзисторам
Основное ограничение стандартных методов печати микросхем заключается в длине волны используемого излучения. Свет, который мы видим, а также ультрафиолетовое излучение, используемое в современных литографических процессах, имеют относительно большую длину волны. Такими излучениями невозможно создавать структуры, которые были бы не на много больше длины волны режущего лазера.
Напомним, что видимый свет заканчивается на длине волны в 380 нанометрах, а волновое расстояние ультрафиолетового диапазона ограничивается размером в 100 нм. Зато рентгеновское излучение представляет собой разновидность электромагнитных волн, характеризующихся длиной волны в диапазоне приблизительно от 80 до 10⁻⁵ нанометров.
Интересно, что наиболее длинные волны рентгеновского спектра частично совпадают с короткими волнами ультрафиолетового излучения. А самые короткие рентгеновские волны, в свою очередь, перекрываются с длинноволновым гамма-излучением. Таким образом лучами рентгеновского спектра уже можно создавать структуры интегральных компонентов, размером в десятки или даже единицы нанометров.
Квантовый скачок в будущее производства микросхем
Фундаментальная разница частоты колебаний излучения, на котором работает лазер, открывает поистине захватывающие возможности в сфере производства кристаллов микроэлектроники. Благодаря короткой длине волны, рентгеновские лучи позволяют формировать структуры с беспрецедентной точностью. Это дает возможность создавать транзисторы, которые будут в разы меньше тех, что существуют сегодня.
Также это позволит создавать более сложные и функциональные микросхемы, открывая двери для новых поколений таких видов техники, например, для:
- вычислительных устройств;
- систем искусственного интеллекта;
- квантовых компьютеров и многого другого.
Сверхминиатюризация и высокое разрешение дадут инженерам невиданную свободу в дизайне микросхем. Они смогут создавать более эффективные, быстрые и энергосберегающие компоненты, которые будут определять облик технологий будущего. Ученые уже стоят на пороге грандиозного достижения, которое может кардинально изменить ландшафт российской IT-индустрии. Речь идет о преодолении критически важного технологического барьера в 28 нанометров в производстве микросхем.
Переход к рентгеновской литографии — это сложная задача, требующая значительных научных и инженерных усилий. Необходимо будет разработать новые источники рентгеновского излучения, более совершенные маски и оптические системы. На базе СКИФ будет создан уникальный опытный образец литографа. Это не просто оборудование, это целая лаборатория для изучения фундаментальной физики процессов и отработки критически важных параметров.