Профессор Чен Ронг и другие исследователи в ее группе определили несколько критических проблем в области осаждения на атомарном уровне:
«Атомное осаждение — это универсальная технология осаждения, ориентированная на будущее, которая будет играть все более важную роль в области микронанопроизводства. Производители чипов проявили большой интерес к этой технологии. Помимо области микроэлектроники, осаждение в атомном масштабе имеет широкий спектр применений в оптоэлектронике, накоплении энергии, катализе, биомедицине, — рассказывает профессор Ронг.
Уменьшение масштаба наноматериалов, наноструктур, наноустройств и наносистем требует применения технологии осаждения на атомном уровне
Но для достижения нанопроизводства с высокой точностью механизм осаждения на атомном уровне требует глубокого изучения. Несмотря на то, что технологии характеризации находятся на подъеме, технология определения характеристик и манипулирования отдельными атомами по-прежнему имеет огромные возможности для улучшения. Для получения сложных наноструктур необходимо сочетание нескольких процессов для различных материалов. Однако чтобы добиться интеграции процессов необходимо учитывать точность и эффективность обработки в качестве взаимоингибирующих факторов.
Исследователи предположили, что осаждение на атомном уровне можно использовать для расширения закона Мура. Осаждение на атомарном уровне становится все более перспективной технологией для точного изготовления сложных наноструктур, позволяет создавать эквивалентную топографию с лучшим контролем толщины пленки и без шероховатости поверхности. Оно считается передовой технологией для производства полупроводниковых узлов.
Напомним, после того, как промышленность успешно разработала напряженные Si/Ge, высококалиевые/металлические затворы и плавниковые полевые транзисторы, критический размер полевых транзисторов снизился до 7 нм, то есть на одном чипе размещается почти 7 миллиардов транзисторов на каждый квадратный сантиметр. Это создает огромные проблемы для реберной структуры и методов нанопроизводства. До настоящего времени литография в экстремальном ультрафиолете использовалась на некоторых критических этапах, но она сталкивается с неточностью выравнивания и высокими затратами при крупносерийном производстве.
Еще в 1959 году профессор Фейнман предположил: «На дне достаточно места». Это выступление вдохновило людей манипулировать атомами или молекулами как строительными блоками для спроектированных структур. На первом этапе происходит напыление, которое обеспечивает разрешение в латеральном ангстреме в вертикальном направлении, а также травление сверху вниз, например, двойное рисование. Затем для выравнивания сложных трехмерных структур используются различные методы селективного осаждения с помощью шаблона, включая диэлектрические шаблоны, ингибиторы и этапы коррекции. Наконец, разрешение в атомном масштабе может быть достигнуто за счет изначально селективного осаждения.
Методы осаждения на атомарном уровне характеризуются конформностью и однородностью тонких пленок. Осаждение на атомарном уровне может привести к горизонтальному разрешению в вертикальном направлении для разнообразных структур с высоким аспектным соотношением, включая боковые стенки, нанопроволоки, нанотрубки. Самовыравнивающийся двойной шаблон является типичным примером вертикального разрешения. Осаждение на атомном уровне может повысить точность наноструктуры и получить некоторые специальные структуры, которые могут дополнительно уменьшить размер элемента и увеличить плотность транзисторов, тем самым способствуя действию закона Мура в краткосрочной перспективе.
По мере того, как устройства становятся все более сложными, направленный рост тонких пленок считается важным аспектом нанопроизводства. Селективное осаждение — это эффективный метод выравнивания, который может сократить такие этапы, как фотолитография и травление. Обычно добиваются эффективного высокоселективного осаждения, применяя специальные шаблоны. С их помощью производители чипов могут не только накладывать транзисторы непосредственно в трех измерениях, но и интегрировать в чипы многофункциональные функции, такие как датчики и накопление энергии, для производства суперчипов.
Подготовить подходящие шаблоны для селективного осаждения низкоразмерных материалов и сложных трехмерных структур с помощью современных подходов «сверху вниз» довольно сложно. Для эпохи «после кремния» осаждение на атомном уровне становится популярным способом создания множества альтернативных наноматериалов, таких как двумерные, углеродные, сегнетоэлектрические материалы и материалы с фазовым переходом.
