Nova técnica diminui desperdício de semicondutores na indústria

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/04/2022

Protótipos fabricados pela nova técnica de impressão por nanotransferência sem produtos químicos.
[Imagem: Zhi-Jun Zhao et al. - 10.1021/acsnano.1c06781]

Nanotransferência

Cientistas e engenheiros da Coreia do Sul desenvolveram uma técnica para criar lotes de chips praticamente sem defeitos, resolvendo uma deficiência história da indústria microeletrônica: O desperdício da pastilha semicondutora, ou wafer.

A técnica promete diminuir os custos de fabricação dos chips, podendo inclusive ajudar a diminuir a atual crise de escassez global de chips.

Os chips semicondutores, dos mais simples circuitos integrados aos processadores dos computadores e celulares, são feitos em pastilhas de silício redondas, e depois cortados em seu tradicional formato retangular ou quadrado. No entanto, esse processo é imperfeito e nem todos os chips da mesma pastilha funcionam ou operam como desejado. Os chips defeituosos são descartados, diminuindo o rendimento do semicondutor e aumentando o custo de produção.

O fator mais importante para garantir que cada chip fabricado no mesmo wafer funcione corretamente está na capacidade de fabricar wafers uniformes, para evitar os defeitos, mas este tem sido um desafio persistente.

A impressão baseada em nanotransferência - um processo que usa um molde de polímero para imprimir metal em um substrato por meio de pressão, ou estampagem - ganhou força nos últimos anos como uma tecnologia promissora por sua simplicidade, custo-benefício e alto rendimento.

No entanto, essa técnica usa uma camada adesiva química que acaba gerando defeitos superficiais, além de apresentar uma perda de desempenho quando aplicada em larga escala, sem contar que os químicos usados constituem risco à saúde humana. Por essas razões, a adoção em massa da tecnologia tem sido muito limitada.

Esquema de funcionamento da técnica e protótipos construídos pela equipe.
[Imagem: Zhi-Jun Zhao et al. - 10.1021/acsnano.1c06781]

Wafers sem defeitos

Zhi-Jun Zhao e seus colegas da Universidade Tecnológica Nanyang agora tiraram os químicos da equação, criando uma técnica de impressão sem as limitações anteriores.

Quando combinado com gravação química assistida por metal - um método usado para aumentar o contraste e tornar as nanoestruturas mais visíveis - a técnica modificada resultou em pastilhas semicondutores com nanofios (nanoestruturas em forma cilíndrica) altamente uniformes e escaláveis. O semicondutor também apresentou um melhor desempenho quando comparado aos chips atuais de mercado e o método de fabricação é mais rápido.

Por ser compatível com a indústria, esta nova técnica permite que um wafer seja fabricado quase livre de defeitos, de forma rápida e uniforme, em escalas de nanômetros a polegadas.

Nos testes de laboratório, a equipe foi capaz de obter mais de 99% de transferência de rendimento de um filme de ouro de 20 nanômetros de espessura para uma pastilha de silício de seis polegadas. É uma pastilha pequena, mas o teste foi limitado pela capacidade do laboratório da Universidade - a equipe acredita que a técnica possa ser facilmente ampliada para uso em um wafer de doze polegadas padrão da indústria.

"A técnica desenvolvida pela equipe é um novo conceito de tecnologia de produção em massa de baixo custo para nanoestruturas, que pode ser aplicada à produção em massa de nanofotônicos, nanocélulas solares de alto desempenho, baterias secundárias de próxima geração e outros," disse o professor Jun-Ho Jeong, coordenador da equipe.

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