Исследователи пытаются адаптировать технологии, которые применяются в сфере термоядерной энергетики. Они полагают, что это позволит разработать сверхтонкие плазменные лучи для новейшего класса «нанолитографии», то есть процесса производства электронных чипов будущего поколения.
Как сообщает сайт 3dnews.ru, существующие процессы применяют в ходе фотолитографии (перевода рисунка маски на светочувствительный материал) ультрафиолетовый свет. Новая разработка пригодится для продолжения модернизации компьютерных технологий в целом, а также последовательного соответствия Закону Мура, по которому число транзисторов в интегральных микросхемах каждые полтора года удваивается.
«У нас нет возможности продвигаться в снижении размеров чипов такими темпами с использованием традиционной фотолитографии. Поэтому нам необходимо искать способ построения лучей с меньшей длиной волны», – поясняет суть своих работ профессор ядерной инженерии и глава Школы ядерных технологий при Университете Пердью Ахмед Хассанейн. Создаваемая технология литографии на базе плазмы реализует «экстремальный ультрафиолет», длина волна которого составляет 13,5 нм, то есть меньше 1/10 длины волны излучения в современном техпроцессе. Ученые и инженеры из Пердью и Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США собираются повысить показатель эффективности 2-ух методик получения плазмы: лазерной и на базе электрического тока.
«Всего 2% затрачиваемой энергии, как правило, уходит непосредственно на плазму, – рассказывает Хассанейн. – Этот КПД означает потребность в 100-кВт источнике питания, которые представляет собой массу инженерных проблем. Нам нужно оптимизировать расход энергии и ее преобразование, что в положительную сторону скажется на литографии будущего поколения». Более подробные исследования на эту тему будут представлены в статье «Журнала микро/нанолитографии, MEMS и MOEMS» в октябре-декабре текущего года.
Исследованию требуется система компьютерного моделирования high-energy interaction with general heterogeneous target systems (HEIGHTS), над которой в данный момент трудится команда Хассанейна. Ее ПО комбинирует вычисления в сфере физики плазмы, атомной физики, переноса излучения, взаимодействия на границе магнитогидродинамики и плазма-материала. Расчеты только одной симуляции посредством суперкомпьютера Аргоннской лаборатории займут несколько месяцев.
Лазерный метод подразумевает создание плазмы путем нагрева ксенона, лития или олова. Эта плазма, в том числе, излучает фотоны ультрафиолета и представляет собой ионизированное газообразное вещество, которое обладает электропроводностью. Последнее свойство предоставляет возможность управлять плазмой с помощью магнитного поля, придавая ей разные формы. В тестовых термоядерных реакторах магнитные поля могут удерживать плазменное «топливо» от фактического касания стен металлических конструкций, что предотвращает ее уничтожение при нагреве до экстремальных температур газообразного вещества.
Технология HEIGHTS полностью моделирует процесс эволюции плазмы: лазер попадает в мишень, которая испаряется, затем ионизируется и преобразовывается в высокоэнергетическое состояние. Также симуляция демонстрирует то, что происходит после сжатия облака ионизированного газа в крайне малом объеме, который требуется для генерирования фотонов.
Представленные выводы свидетельствуют о том, что данные лабораторных экспериментов и моделирования соответствуют друг другу. «Очень захватывающе было увидеть это совпадение, подтверждающее правильность выбранного нами пути. Симуляции на компьютеры показали, в каком направлении надо оптимизировать систему», – говорит Хассанейн. Препятствием здесь являются оптические линзы, которые поглощают определенное число фотонов, поэтому от них нужно отказаться. В конструкции, эксплуатирующей фотолитографию системы, в нынешней конфигурации используются зеркала. Но плазма конденсируется на их поверхности, тем самым снижая отражательные свойства и лимитируя эффективность всего процесса. «Мы стараемся найти новые пути получения фотонов, снижения оказываемых плазмой на зеркала воздействий, увеличения энергоэффективности. Другими словами, мы пытаемся улучшить систему по многим направлениям», – резюмирует Хассанейн.
