La miniaturización es una de las cualidades fundamentales de la electrónica moderna y es necesario lograr patrones de circuitos más finos que los existentes en los chips semiconductores, que son una parte crucial de todos los dispositivos electrónicos. En esta línea, el Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech) y Tokyo Ohka Kogyo (TOK) han desarrollado un copolímero en bloque que podría ayudar a ampliar los límites de la integración y la miniaturización en la fabricación de semiconductores.
Algunos expertos estiman que, para 2037, la distancia más pequeña entre características en los dispositivos semiconductores, conocida como half-pitch, tendrá que ser tan pequeña como 8 nm para soportar la electrónica de próxima generación, lo que enfatiza la necesidad de avances en los procesos litográficos (método de creación de patrones de circuitos altamente complejos en piezas de semiconductores).
Una vía prometedora para lograr esta hazaña se llama autoensamblaje dirigido (DSA) con copolímeros en bloque (BCP). En pocas palabras, los BCP son moléculas similares a cadenas largas hechas de dos o más secciones distintas (o bloques) de polímeros. El proceso de DSA implica explotar las interacciones entre diferentes bloques en los BCP para que se ordenen de manera espontánea y consistente en estructuras y patrones ordenados.
Para dar una solución a esta disyuntiva, el compuesto propuesto por Tokyo Tech y TOK ha sido diseñado químicamente para un autoensamblaje dirigido y fiable. Gracias a su diseño, el BCP puede organizarse en estructuras lamelares perpendiculares cuyo ancho de paso medio es inferior a 10 nanómetros, superando así a los copolímeros en bloque convencionales y ampliamente utilizados.
Desarrollo del copolímero en bloque
El BCP se creó a partir de poli(metacrilato de metilo) en bloque de poliestireno (o PS- b -PMMA), un BCP representativo y ampliamente estudiado para DSA. Primero, los investigadores introdujeron una cantidad apropiada de poli(metacrilato de glicidilo) (PGMA) en PS- b -PMMA, obteniendo PS- b -(PGMA- r -PMMA). Después, modificaron el segmento PGMA con diferentes tioles, con el objetivo de refinar las interacciones repulsivas entre los diferentes bloques en el polímero resultante, llamado PS- b -PG F M. Los segmentos PS y PMMA también controlaron la afinidad de las diferentes partes de la molécula por el aire, que juega un papel importante en su proceso de autoalineación durante DSA.
El BCP personalizado se autoensambló de manera confiable en estructuras laminares nanométricas excepcionalmente pequeñas cuando se aplicó como una película delgada, como lo confirmó la microscopía de fuerza atómica. Además, este nuevo compuesto mostró un alto rendimiento en un sustrato con guías químicas paralelas de poliestireno.
Se pudieron obtener dominios lamelares alineados de película delgada con una orientación vertical de manera confiable y reproducible mediante autoensamblaje dirigido, lo que produjo patrones de líneas paralelas que corresponden a un tamaño de semitono de 7,6 nm.