Добрый вечер, уважаемые хабрапользователи!
Момент, когда мы будем сворачивать в трубочку гибкий смартфон, стал еще ближе. За подробностями — просим под кат.
На конференции International Electron Devices Meeting, прошедшей в Сан-Франциско, IBM представила новую и относительно недорогую технологию для изготовления кремниевой электроники на гибкой пластиковой подложке.
С одной стороны, IBM указывает на незначительное снижение производительности транзисторов в процессе производства, но с другой, исследования доказывают, что гибкая и доступная техника все-таки может создаваться с обычными процессами при комнатной температуре.
По словам Давуда Шарьерди (Davood Sharjerdi), сотрудника исследовательского центра IBM's T.J. Watson Research Center, в ходе тестирования других одно- и двумерных материалов в гибкой электронике возникали такие проблемы как высокое контактное сопротивление и ненадежная изоляция затвора. Кроме того, другие методы требуют или нестандартных процессов и материалов, или нуждаются в высоких температурах в процессе производства.
Подход IBM, основанный на контролируемом скалывании или отслаивании, был описан в начале этого года как техника «kerfless» для удаления кремния, германия и III-V слоев, которая использовалась IBM в качестве доказательства возможности изготовления маломощных фотоэлектрических батарей.
Этот подход является, как ни странно, простым. Подложка с микросхемами скалывается и переносится на гибкую пластиковую ленту. В результате получается устройство с длиной затвора менее 30 нм и шагом затвора 100 нм.
По словам специалистов из IBM, им удалось достичь наилучших характеристик для гибких схем SRAM-памяти с напряжением VDD=0,6V и кольцевого генератора с периодом задержки 16 пс при питании 0,9V.
Процесс заключается в следующем: все начинается с подложки (очень тонкая SOI-ETSOI), на которую выделяется стрессор-слой никеля толщиной примерно 5–6 микрон. (ИС изготовлены по 22-нм CMOS-технологии с использованием ETSOI-пластин диаметром 300 мм). Поверх стрессор-слоя наносят слой эластичной полиимидной ленты. Далее при комнатной температуре с одного края подложки ученые провоцируют «стресс-разрыв» и распространяют по всей поверхности подложки «механически управляемый» фронт разлома.
IBM использует технологию ETSOI по двум причинам. Первая – ультратонкая толщина подложек (60 ангстрем), что позволяет масштабировать процесс ниже 30 нм и добиваться высокой плотности элементов схемы. Вторая — наличие нелегированных каналов транзисторов снижает неравномерность распределения примесей, что допускает значительный разброс значений напряжений на чипе.
Для того, чтобы улучшить механическую гибкость, исследователи удалили избыток кремния под заглубленным слоем окисла.
Вторым шагом для повышения гибкости был перенос схемы на пластиковую подложку, после чего удалялись «относительно толстая» полиимидная лента и слой никеля. Полиимид легко сходит, потому что он связан с подложкой термоудаляемым адгезивом; никель удаляется посредством химического травления.
IBM сообщила о незначительном уменьшении быстродействия схем на гибких образцах по сравнению с характеристиками до переноса на гибкую ленту, причем у транзисторов p-типа отмечается большее ухудшение параметров, чем у n-типа (на 30–40%).
Для определения причин ухудшения IBM проконтролировала скалывание на другой пластине ETSOI, используя те же этапы обработки. В этот раз образец был жестко зафиксирован на кремниевой пластине вместо переноса на гибкую пластиковую подложку. В результате ученые IBM пришли к выводу, что снижение характеристик транзисторов p-типа было вызвано, скорее всего, механическим воздействием зонда, а не напряжениями, вызванными процессом скалывания.
По словам Давуда Шарьерди, в лаборатории выход годных образцов составил 97%, а проблемы, с которыми они столкнулись, были вызваны инструментом для осаждения никеля, который затронул этот слой. Он также добавил, что процесс является воспроизводимым, а зная расположение стрессора в слое никеля, можно с точностью до плюс-минус 1 мкм определить глубину скалывания.
Via eetimes