Anidride carbonica supercritica

I produttori di chip per computer stanno affrontando un paio di sfide difficili: una ambientale, l'altra puramente tecnica. Ogni anno, un tipico impianto di produzione di chip aspira circa quattro milioni di galloni di acqua ultrapura e utilizza un oceano di sostanze chimiche tossiche per pulire e preparare i microchip per l'uso. Allo stesso tempo, le aziende del settore altamente competitivo stanno cercando di ridurre ulteriormente i transistor e altri dispositivi su chip per continuare a rendere i computer e altri componenti della microelettronica più economici e veloci. La soluzione a entrambe queste sfide potrebbe provenire da una fonte improbabile: l'anidride carbonica.

L'anidride carbonica è stata a lungo la nemesi degli ambientalisti a causa del suo ruolo nel riscaldamento globale, ma nelle giuste condizioni, ovvero l'alta pressione e la giusta temperatura, è uno dei solventi naturali migliori e più rispettosi dell'ambiente. Gli amanti del caffè decaffeinato, ad esempio, traggono vantaggio dalla sua capacità di rimuovere la caffeina dai chicchi di caffè. Negli ultimi anni, l'anidride carbonica ha fatto breccia anche nel settore del lavaggio a secco, fornendo un'alternativa di pulizia sicura al percloroetilene chimico. Ma è sul fronte dell'alta tecnologia che l'anidride carbonica può avere il suo maggiore impatto. Ci sono enormi opportunità, afferma Joseph DeSimone, chimico della University of North Carolina. Sono fiducioso che l'anidride carbonica dominerà molti dei passaggi chiave della microelettronica.

Questa storia faceva parte del nostro numero di gennaio 2002

• Vedi il resto del problema
• sottoscrivi

L'anidride carbonica potrebbe fornire all'industria dei semiconduttori un modo più ecologico per pulire il silicio, ma potrebbe anche consentire la continua miniaturizzazione dei circuiti integrati. E questo significa computer ed elettronica di consumo più veloci ed economici. L'aspetto ambientale farà sembrare i [produttori di chip] buoni, ma non si riorganizzano solo sulla base di quello, afferma Craig Taylor, un ricercatore di fluidi supercritici presso il Los Alamos National Laboratory nel New Mexico. Ciò che è interessante per l'industria è che l'anidride carbonica supercritica può essere una tecnologia abilitante per raggiungere dimensioni più piccole.

Gli scienziati sanno da più di un secolo che a 75 volte la pressione atmosferica e 31°C, l'anidride carbonica entra in uno stato strano che i chimici chiamano supercritico. In questo stato, la forma liquida e quella gassosa dell'anidride carbonica diventano indistinguibili: si fondono in un unico fluido con proprietà insolite. Tra le più strane, la viscosità del fluido scende quasi a zero e la sua tensione superficiale va a zero. La bassa viscosità significa che scorre insolitamente bene con una bassa resistenza e la tensione superficiale zero significa che la superficie del fluido non si arriccia ai bordi e si attacca ai lati del suo contenitore. Il risultato netto: l'anidride carbonica supercritica può fluire in fessure e angoli così piccoli che altri solventi liquidi si gonfierebbero.

I ricercatori di Los Alamos, dell'Università della Carolina del Nord e altrove hanno esplorato la possibilità che l'uso di anidride carbonica supercritica, o anidride carbonica liquida che si libra appena al di sotto dello stato supercritico, potrebbe consentire loro di creare caratteristiche sui microchip a un livello di risoluzione senza precedenti. Nella fotolitografia, il processo fondamentale utilizzato nella fabbricazione dei chip, un fotoresist (un materiale fotosensibile che ricopre il chip di silicio) viene esposto alla luce irradiata attraverso una maschera; il fotoresist esposto viene quindi lavato via, lasciando un motivo sul silicone. La tecnologia esistente utilizza tipicamente una soluzione acquosa per lavare via il fotoresist. Ma le strutture stanno diventando così piccole che l'elevata tensione superficiale dell'acqua stessa può essere dannosa, spiega DeSimone. Proprio come il miele versato su un castello di carte, l'acqua può far crollare le delicate caratteristiche del silicone. L'anidride carbonica supercritica può inondare le strutture senza demolirle.

L'anidride carbonica potrebbe anche fornire un modo per stendere i fili di rame ultrasottili utilizzati nei migliori microchip di oggi. Jim Watkins e colleghi dell'Università del Massachusetts hanno scoperto di recente di poter sciogliere i composti metallici nell'anidride carbonica e versare la soluzione negli angoli stretti e nelle fessure delle trincee incise nel silicio per formare i fili. Quando i ricercatori aggiungono gas idrogeno, i composti rilasciano i loro carichi metallici sulle superfici di silicio per creare interconnessioni di alta qualità più sottili di 100 nanometri.

Se l'anidride carbonica può ripulire la produzione di chip, potrebbe fornire una classica situazione vantaggiosa per tutti coloro che bilanciano l'impatto ambientale e le prestazioni di produzione nell'industria high-tech. I produttori potranno continuare a produrre chip con le caratteristiche di riduzione necessarie per i computer sempre più veloci di domani. E quelli della Silicon Valley possono risparmiare le loro riserve d'acqua per fare il latte decaffeinato.

nascondere