Các thiết bị vi điện tử như thiết bị bán dẫn là trung tâm của các công nghệ chúng ta sử dụng hàng ngày. Khi chúng ta bước vào kỷ nguyên đang mở rộng giới hạn của Định luật Moore, thì cần phải tìm ra những phương thức mới để đưa nhiều mạch hơn vào trong một thiết bị riêng lẻ nhằm tăng tốc độ và công suất của máy tính.

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã phát
triển kỹ thuật mới được gọi là khắc lớp phân tử để chế tạo những thiết bị ngày càng nhỏ nhưng phức tạp
này. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Chemistry of Materials.
Để thu nhỏ kích thước của các thiết bị vi điện tử, các nhà sản xuất phải nhồi nhét ngày càng nhiều mạch
vào các màng nhỏ và cấu trúc 3 chiều. Hiện nay, các nhà khoa học đang sử dụng phương thức lắng đọng
màng mỏng và khắc cũng như các kỹ thuật để tạo hoặc loại bỏ các màng một lớp cùng lúc.
"Khả năng kiểm soát vật chất của chúng tôi ở cấp độ nano bị hạn chế bởi các loại công cụ chúng tôi phải
bổ sung hoặc loại bỏ các lớp vật liệu mỏng. Khắc lớp phân tử (MLE) là công cụ cho phép các nhà sản
xuất và nhà nghiên cứu kiểm soát chính xác cách thức vật liệu mỏng ở cấp độ hiển vi và nano, được loại
bỏ", PGS. Matthias Young, trưởng nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Missouri nói.
Cùng với lắng đọng lớp phân tử (MLD), MLE có thể được sử dụng để thiết kế cấu trúc hiển vi. Những
cách tiếp cận này tương tự như lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) và khắc lớp nguyên tử (ALE), các kỹ thuật
được áp dụng phổ biến để chế tạo các thiết bị vi điện tử. Tuy nhiên, không giống các kỹ thuật phân lớp
nguyên tử, chỉ liên quan đến màng vô cơ, MLD và MLE có thể được sử dụng để phát triển và loại bỏ
màng hữu cơ.
Cơ chế hoạt động
Về nguyên tắc, MLE hoạt động bằng cách cho các màng mỏng dày vài nanomet hoặc micromet tiếp xúc
với các xung khí bên trong buồng chân không. Quá trình bắt đầu với khí thứ nhất (Khí A), khi đi vào sẽ
phản ứng với bề mặt của màng. Tiếp theo, màng được tiếp xúc với khí thứ hai (Gas B). Quá trình AB này
được lặp lại cho đến khi độ dày mong muốn được loại bỏ khỏi màng.
Một khía cạnh quan trọng của MLD là các phản ứng bề mặt A và B là tự giới hạn. Các phản ứng chỉ tiếp
tục cho đến khi tất cả các vị trí bề mặt phản ứng có sẵn được sử dụng và sau đó các phản ứng tự nhiên
chấm dứt. Hành vi tự giới hạn này là cực kỳ hữu ích trong sản xuất.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp mới bằng cách sử dụng alucone, vật liệu hữu cơ tương tự
như cao su silicon có ứng dụng tiềm năng trong thiết bị điện tử dẻo. Khí A trong thí nghiệm là muối chứa
lithium và khí B là trimethyl aluminium (TMA), là hợp chất từ nhôm hữu cơ kim loại.
Trong quá trình khắc, hợp chất lithium đã phản ứng với bề mặt của màng alucone theo cách làm cho
lithium dính trên bề mặt và phá vỡ liên kết hóa học trong màng. Sau đó, khi TMA được đưa vào và phản
ứng, nó đã loại bỏ lớp màng chứa lithium. Lithium được lắng đọng tạm thời trên bề mặt để phá vỡ các liên
kết hóa học nhưng sau đó được TMA loại bỏ.
Triển vọng sản xuất thiết bị vi điện tử
Sử dụng kỹ thuật mới giúp các nhà sản xuất và nhà nghiên cứu đưa ra những phương thức sáng tạo để tạo
nên cấu trúc nano. Quá trình này cũng có thể là lựa chọn an toàn hơn vì nó không có halogen, thành phần

cứng của hóa chất phổ biến trong các quá trình ăn mòn khác. Quá trình này cũng có lợi thế về tính chọn
lọc; kỹ thuật khắc có thể loại bỏ có chọn lọc các lớp MLD mà không ảnh hưởng đến các lớp ALD gần đó.
N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2020-02-etching-technique-advance-semiconductor-
devices.html, 12/2/2020