Istraživači na Univerzitetu Masačusets Amherst izmislili su novi način za poravnavanje 3D poluprovodničkih čipova sijanjem lasera kroz koncentrične metalne ćelije sa uzorkom na čipovima kako bi se proizveo hologram. Njihov rad, objavljen u Nature Communications, može pomoći u smanjenju troškova proizvodnje 2D poluprovodničkih čipova, omogućiti 3D fotonske i elektronske čipove i može otvoriti put drugim jeftinim, kompaktnim senzorima.
Poluprovodnički čipovi omogućavaju elektronskim uređajima da obrađuju, čuvaju i primaju informacije. Ove funkcije se kontrolišu specifičnim uzorkom komponenti umetnutih u čip. Međutim, ovaj 2D dizajn je dostigao svoju gornju granicu tehnološkog napretka i 3D integracija se smatra rešenjem koje najviše obećava.
Da bi se napravio 3D čip, više 2D čipova je naslagano i njihovi slojevi moraju biti poravnati na desetine nanometara (jedan milimetar je jednak 1 milion nanometara). I treba da budu poravnati duž tri dimenzije — napred i nazad, s leva na desno i razmaka između dva čipa (duž x, y i z ose).
„Tradicionalni pristup za poravnavanje dva sloja je da se pod mikroskopom pogledaju tragovi (obično uglovi ili uglovi) na dva sloja i da se pokuša da se preklope“, objašnjava Amir Arbabi, vanredni profesor elektrotehnike i računarstva na UMass Amherst i v. autor na papiru.
Postojeće metode poravnanja zasnovane na mikroskopu nisu pogodne za pravljenje ovih 3D čipova. „Mikroskop ne može istovremeno da vidi oba nišana u fokusu jer je jaz između slojeva stotine mikrona, a pokret za ponovno fokusiranje između slojeva uvodi mogućnosti da se čipovi pomeraju i dalje neusklađuju“, kaže Mariam Ghahremani, doktorant i glavni autor papir.
Takođe, „najmanje karakteristike koje možete da rešite su postavljene granicom difrakcije, koja je oko 200 nanometara“, dodaje ona.
Nova metoda poravnanja koju su kreirali Arbabi i njegov tim nema pokretne delove i može da vidi neusklađenost između dva udaljena sloja na mnogo manjoj skali. Istraživači su se nadali da će dostići preciznost od 100 nm. Umesto toga, njihova metoda pronalazi greške do 0,017 nm duž bočnih mera (x i y ose) i 0,134 nm kada se procenjuje rastojanje između dva čipa (z-osa).
„Zamislite da imate dva objekta. Gledajući svetlost koja prolazi kroz njih, možemo videti da li se jedan pomera za veličinu atoma u odnosu na drugi“, kaže Arbabi, daleko nadmašujući njihova očekivanja. Golim okom se mogu uočiti greške od samo nekoliko nanometara, a kompjuteri mogu da očitaju i manje.
Da bi to postigli, ugradili su oznake poravnanja napravljene od koncentričnih metala na poluprovodnički čip. Kada svetlost lasera sija kroz ove oznake na oba čipa, on projektuje dva interferirajuća holograma. „Ova slika smetnji pokazuje da li su čipovi poravnati ili ne, kao i pravac i količinu njihovog neusklađenosti“, kaže Ghahremani.
„[Poravnavanje čipova] je veliki, skup izazov za neke kompanije koje rade u proizvodnji poluprovodničkih alata“, kaže Arbabi. „Naš pristup se bavi jednim od izazova njihovog pravljenja. Niži troškovi takođe povećavaju pristup ovoj tehnologiji za manje startap kompanije koje žele da inoviraju sa poluprovodnicima.“
Arbabi takođe ističe da se ovom metodom mogu napraviti senzori pomeranja koji se mogu koristiti za merenje pomaka i drugih veličina. „Mnoge fizičke veličine koje želite da otkrijete mogu se prevesti u pomeranja, a jedino što vam treba je jednostavan laser i kamera“, kaže on.
Na primer, „ako želite senzor pritiska, možete izmeriti kretanje membrane.“ Sve što uključuje kretanje — vibracije, toplota, ubrzanje — može se u teoriji pratiti ovom metodom.
