Ученые нашли способ создавать наноразмерные структуры на материалах для микросхем при обычной комнатной температуре. Это может упростить и ускорить производство электроники, особенно тех устройств, что актуально для разработки фотонных и оптоэлектронных устройств нового поколения.
В основе новой технологии — электронный пучок и специальный кристалл, который создает нужное напряжение. Ученые взяли два слоя: снизу диоксид кремния (самый распространенный материал в чипах), а сверху — кристалл альфа-триоксида молибдена. Затем они направили на эту структуру электронный пучок. Под его воздействием верхний кристалл начал давить на нижний слой, а сам диоксид кремния слегка размягчился. В результате на поверхности образовались ровные волнистые узоры — не случайные, а строго упорядоченные, повторяющие внутреннее строение кристалла.
Размер этих складок составляет сотни нанометров, что в сотни раз тоньше человеческого волоса. Такие структуры умеют преломлять свет, подобно тому как канавки на компакт-диске создают радужные переливы. Поэтому их можно использовать в качестве оптических решеток для направления света прямо внутри чипа. Это важно для создания фотонных и оптоэлектронных устройств будущего, где сигналы будут передаваться не только электричеством, но и светом — быстрее и с меньшими затратами энергии.
Раньше методы формирования узоров за счет складок применяли в основном к мягким и эластичным материалам. Причина в том, что твердые материалы обычно трескаются или дают случайные дефекты при механическом напряжении. Авторам работы удалось впервые показать, что такой подход работает и на жестких изоляторах — диоксиде кремния, оксиде алюминия и нитриде кремния. При этом сам процесс занимает один шаг, не требует нагрева, сложного многоэтапного производства и химической обработки, которая часто оставляет загрязнения на поверхности чипа.
Настройку узора можно менять, варьируя толщину верхнего кристаллического слоя или интенсивность электронного пучка. После того как узор сформирован, верхний слой кристалла просто отделяют от кремнезема. Поскольку аналогичные эффекты наблюдаются и на других распространенных в полупроводниковой промышленности материалах, новый метод может предложить более простой путь для интеграции световых технологий в чипы следующего поколения.