Un trucco chimico per i chip del futuro: il plasma diventa più preciso
La corsa verso chip più piccoli e potenti potrebbe aver trovato un alleato inaspettato in un semplice trattamento chimico. Un gruppo di ricercatori della Princeton University, in collaborazione con il Princeton Plasma Physics Laboratory, ha scoperto che rivestire un materiale ultrasottile con ossigeno o fluoro permette di rimuovere strati atomici con una precisione mai raggiunta prima durante la lavorazione al plasma. E questo, per chi progetta l’elettronica di domani, è una notizia enorme.
Il silicio ha dominato il mondo dei semiconduttori per decenni, ma ormai sta raggiungendo i suoi limiti fisici. Per continuare a rimpicciolire i transistor senza sacrificare le prestazioni, la ricerca si sta orientando verso materiali ultrasottili chiamati dicalcogenuri di metalli di transizione. Tra questi, il più promettente è il disolfuro di molibdeno, un materiale spesso appena tre atomi: uno strato di molibdeno incastonato tra due strati di zolfo. Il problema? Per integrarlo nei chip del futuro, serve rimuovere solo lo strato superiore di zolfo senza toccare il resto. E farlo con il plasma, fino a oggi, era un po’ come cercare di tagliare un capello con una motosega.
Ossigeno e fluoro cambiano le regole del gioco
Attraverso simulazioni al computer, il team ha dimostrato che pretrattare la superficie con ossigeno o fluoro abbassa drasticamente l’energia necessaria per staccare gli atomi di zolfo. Senza trattamento, servono circa 30 elettronvolt. Con il fluoro si scende a circa 10, con l’ossigeno a 14. Può sembrare un dettaglio tecnico, ma la differenza è sostanziale. Il plasma non è un fascio ordinato: gli ioni che lo compongono hanno energie variabili, e su una superficie non trattata il margine tra rimuovere lo zolfo e danneggiare il molibdeno sottostante è talmente sottile che qualche danno è quasi inevitabile. Allargare questa finestra operativa significa dare ai produttori di chip molta più flessibilità per lavorare in sicurezza.
La cosa davvero elegante è il meccanismo. Quando un ione colpisce una superficie trattata con ossigeno, due atomi di ossigeno si legano allo zolfo formando diossido di zolfo, un gas stabile che se ne va da solo. Il fluoro funziona in modo simile, creando composti zolfo e fluoro facili da rimuovere. Come ha spiegato Yury Polyachenko, dottorando a Princeton e primo autore dello studio pubblicato sul Journal of Physical Chemistry Letters, non si tratta di rompere legami con la forza bruta. Si creano prodotti intermedi che si staccano molto più facilmente. È la chimica che fa il lavoro pesante, non la fisica.
Verso una tecnologia applicabile su larga scala
Il prossimo passo per il gruppo di ricerca sarà quantificare con precisione il danno residuo che il processo potrebbe causare. Poi verrà la fase forse più interessante: capire se lo stesso approccio funziona anche con materiali simili, sostituendo il molibdeno con il tungsteno o lo zolfo con il selenio. Se la risposta fosse positiva, si aprirebbe la strada a un’intera famiglia di materiali ultrasottili lavorabili con questa tecnica. Il lavoro è stato supportato dal Dipartimento dell’Energia statunitense e le simulazioni sono state eseguite presso il National Energy Research Scientific Computing Center. Quello che emerge da questa ricerca è che a volte, per fare un salto tecnologico enorme, basta un’idea semplice applicata nel modo giusto. E trattare una superficie con un po’ di ossigeno prima di bombardarla al plasma è esattamente quel tipo di idea che potrebbe ridefinire il futuro dei chip.
