پژوهشگران «مؤسسه پیشرفته علوم و فناوری کره» با الهام از ابزاری ساده و روزمره، فناوری تازهای برای صیقلکاری سطوح نیمههادی توسعه دادهاند که میتواند سطوح تراشهها را با دقتی در حد چند اتم پرداخت کند؛ دستاوردی که نویدبخش ارتقای کارایی گوشیهای هوشمند، سرورهای هوش مصنوعی و کاهش چشمگیر آسیبهای زیستمحیطی در صنعت تراشه است.
ساخت سمبادهای که تا مرز چند اتم سطح را صیقل میدهد
کارایی و پایداری خدمات هوش مصنوعی و ابزارهای دیجیتال پیشرفته، بیش از هر چیز به یکنواختی و دقت در فرآوری سطوح نیمههادی وابسته است. کوچکترین ناهمواری در سطح یک تراشه میتواند عملکرد آن را مختل کند و طول عمر قطعه را کاهش دهد. اکنون تیمی از پژوهشگران به سرپرستی پروفسور «سانها کیم» از دانشکده مهندسی مکانیک کایست، مفهوم ساده «سمباده» را به عرصه فناوری نانو وارد کرده و آن را به ابزاری با دقت اتمی بدل ساختهاند.
این دستاورد که در نشریه «کامپوزیتهای پیشرفته و مواد هیبریدی» (Advanced Composites and Hybrid Materials) منتشر شده، بر پایه استفاده از نانولولههای کربنی بنا شده است؛ ساختارهایی که دهها هزار بار نازکتر از موی انسان هستند. پژوهشگران با آرایش عمودی این نانولولهها، تثبیت آنها در بستر پلییورتان و نمایانسازی بخشی از آنها در سطح، نوعی «سمباده نانویی» طراحی کردهاند که ذرات ساینده آن بهصورت ساختاری مهار شده و از جدا شدن و ایجاد آسیب سطحی جلوگیری میشود.
در فرآیندهای مرسوم، سمبادههای معمولی با چسباندن ذرات ساینده روی یک سطح ساخته میشوند. این روش برای کاربردهای بسیار دقیق، از جمله صنعت نیمههادی، کارآمد نیست؛ زیرا تثبیت یکنواخت ذرات بسیار ریز دشوار است. به همین دلیل، صنعت تراشه سالهاست از فرآیندی موسوم به «صیقلدهی مکانیکی شیمیایی» (Chemical Mechanical Polishing – CMP) بهره میبرد؛ روشی که در آن ذرات ساینده در محلولی مایع پراکنده شده و همزمان با واکنش شیمیایی، سطح تراشه را صاف میکنند. با این حال، این شیوه نیازمند مراحل شستوشوی متعدد و تولید حجم بالایی از پسماند شیمیایی است که هم هزینهبر و هم آلاینده محیطزیست است.
فناوری تازه کره ای ها، با حذف نیاز به محلولهای ساینده مایع، گامی مهم در سادهسازی این فرآیند برداشته است. در «سمباده نانویی» جدید، چگالی ذرات ساینده بهگونهای بیسابقه افزایش یافته؛ بهطوریکه تراکم ساینده آن حدود ۵۰۰ هزار برابر ظریفترین سمبادههای تجاری موجود گزارش شده است. در حالیکه سمبادههای معمولی در بازه ۴۰ تا ۳۰۰۰ «گرید» قرار میگیرند، این فناوری به عددی فراتر از یک میلیارد گرید دست یافته است؛ رقمی که امکان صیقلکاری در مقیاس چند نانومتر، معادل ضخامت چند اتم، را فراهم میکند.
آزمایشهای عملی نیز کارآمدی این فناوری را تأیید کرده است. در یکی از آزمونها، سطوح زبر مسی تا حد نانومتری صاف شدند. همچنین در آزمایش همسطحسازی الگوهای نیمههادی، میزان نقص موسوم به «دیشینگ» تا ۶۷ درصد نسبت به روشهای متداول کاهش یافت. این نقص زمانی رخ میدهد که مرکز خطوط اتصال در تراشه فرورفتگی پیدا میکند؛ مشکلی که بهویژه در نیمههادیهای پیشرفتهای همچون حافظه با پهنای باند بالا (High Bandwidth Memory – HBM) میتواند عملکرد و اطمینانپذیری را بهشدت تحت تأثیر قرار دهد.
از دیگر مزایای این فناوری، کاهش چشمگیر بار زیستمحیطی است. چون مواد ساینده روی سطح سمباده تثبیت شدهاند، دیگر نیازی به تأمین مداوم محلولهای ساینده و دفع پسماند آنها نیست. این ویژگی میتواند صنعت نیمههادی را به سوی فرآیندهایی پاکتر و پایدارتر سوق دهد.
پژوهشگران پیشبینی میکنند این فناوری افزون بر کاربرد در تولید حافظههای پیشرفته مورد استفاده در سرورهای هوش مصنوعی، در فرآیندهای «پیوند هیبریدی» (Hybrid Bonding) نیز بهکار گرفته شود؛ فناوریای که بهعنوان یکی از مسیرهای آینده اتصال تراشهها مورد توجه قرار گرفته است.
پروفسور سانها کیم با اشاره به اهمیت این دستاورد تأکید کرده است: «این پژوهش نشان میدهد که یک مفهوم ساده و روزمره مانند سمباده میتواند به فناوری نانومقیاس ارتقا یابد و در تولید فوقدقیق نیمههادیها بهکار گرفته شود.» او ابراز امیدواری کرده است که این فناوری نهتنها به بهبود عملکرد تراشهها، بلکه به توسعه فرآیندهای سازگار با محیطزیست در صنعت الکترونیک بینجامد.
بدینترتیب، ابتکاری که از دل یک ابزار ساده برخاسته، اکنون در آستانه دگرگونسازی یکی از پیچیدهترین صنایع جهان قرار گرفته است؛ صنعتی که آینده اقتصاد دیجیتال و هوش مصنوعی بر شانههای آن استوار است.
