Massachusetts Amherst Üniversitesi’nde görev yapan araştırmacılar, 3 boyutlu yarı iletken çiplerin katmanlarını neredeyse atomik düzeyde hassasiyetle hizalayabilen çığır açıcı bir yöntem geliştirdi. Lazerle çalışan bu yeni teknik, çip üretiminde uzun süredir karşılaşılan hizalama sorununu ortadan kaldırmayı amaçlıyor.
ARTAN PERFORMANS İHTİYACI
Yarı iletken çipler bugüne dek genellikle iki boyutlu düzlemlerde üretiliyordu. Ancak elektronik cihazların daha küçük, daha güçlü ve daha işlevsel hale gelmesiyle birlikte çip üreticileri, iki boyutlu katmanların üst üste yerleştirildiği 3 boyutlu tasarımlara yönelmeye başladı. Bu yöntem, her bir katmanın olağanüstü bir hassasiyetle hizalanmasını zorunlu kılıyor. Zira nanometre seviyesindeki en ufak bir hizasızlık, yonganın genel performansını ciddi ölçüde etkileyebiliyor.
GELENEKSEL YÖNTEMLERİN SINIRI
Geleneksel hizalama yöntemleri, her bir çip katmanına yerleştirilen köşe ya da artı şeklindeki işaretlerin mikroskop altında üst üste getirilmesine dayanıyor. Ancak bu yöntem, özellikle katmanlar arasında fiziksel boşluklar olması ve her iki hedefin aynı anda net olarak görülememesi nedeniyle yüksek doğruluk sağlayamıyor. Ayrıca mikroskopların kırınım sınırı, yalnızca yaklaşık 200 nanometrelik çözünürlüğe izin veriyor. Bu durum, daha hassas bir hizalama gerektiren 3D çip üretimi için yetersiz kalıyor.
HOLOGRAFİK GİRİŞİM DESENİ
UMass Amherst’te geliştirilen yeni yöntemde, her bir çip katmanına eş merkezli metalenslerden oluşan özel hizalama işaretleri yerleştiriliyor. Bu metalensler aracılığıyla çipin içinden lazer ışığı geçiriliyor. Oluşan ışık girişimi, iki farklı hologramın üst üste gelmesiyle bir karışma deseni (interferogram) oluşturuyor. Bu desen, katmanlar arasında oluşabilecek hizalama hatalarını hem yön hem de miktar olarak doğrudan gösteriyor.
Çalışmayı yürüten araştırma ekibi, bu girişim deseninin çiplerin hizalanıp hizalanmadığını net bir şekilde ortaya koyduğunu belirtiyor. Başlangıçta 100 nanometrelik bir doğruluk hedeflenmişken, sistemin yatay eksende 0,017 nanometre, dikey eksende ise 0,134 nanometre hassasiyetle ölçüm yapabildiği görülüyor. Bu seviye, neredeyse atom boyutunda hizalama farklarını dahi tespit edebilecek bir teknoloji anlamına geliyor.
Araştırmacılar, sistemin bu denli yüksek hassasiyeti sayesinde, iki nesnenin birbirine göre atomik ölçekte hareket edip etmediğini dahi ışık desenlerinden gözlemleyebildiklerini vurguluyor.
ERİŞİLEBİLİR ÜRETİM İMKANI
Bu düzeydeki bir hassasiyet, çip üretiminde yalnızca teknik değil, aynı zamanda ekonomik avantajlar da sunabilir. Özellikle pahalı ve karmaşık hizalama ekipmanlarına olan ihtiyacı azaltarak, gelişmiş üretim süreçlerini daha küçük teknoloji firmaları ve girişimler için erişilebilir hale getirebilir.
Araştırma ekibi, geliştirilen yöntemin yalnızca çip üretimiyle sınırlı kalmayıp farklı alanlara da uyarlanabileceğini ifade ediyor. Bu sistemin, yer değiştirme üzerinden ölçüm yapan basit ve düşük maliyetli sensörlerde de kullanılabileceği belirtiliyor. Basınç algılama, titreşim ölçümü ve çevresel değişimlerin izlenmesi gibi alanlarda bu teknolojiye dayalı yeni nesil dedektörlerin geliştirilebileceği öngörülüyor.
Yeni lazer destekli holografik hizalama yöntemi, hem yarı iletken endüstrisinde yeni bir dönemin kapılarını aralıyor hem de hassas ölçüm teknolojilerinde devrim yaratma potansiyeli taşıyor.
