تراشه های خود را به صورت سه‌بعدی سیم‌کشی کنید!

محمود حاج‌زمان: زمانی که جمعیت جزیره منهتن در آمریکا رو به افزایش گذاشت، معماران و مهندسان با ساخت آسمان‌خراش‌ها به مقابله با این مشکل برخاستند. افزایش تراکم اجزای مختلف بر روی تراشه‌های مسطح نیز متخصصان را به فکر استفاده از ایده مشابهی انداخته است: ساختن رو به بالای اجزاء و خلق تراشه‌های سه‌بعدی. اما تا به امروز و در عمل، ایجاد ارتباط میان طبقات مختلف و تبدیل اتصالات سیمی مسطح به اتصالات سه‌بعدی، به یک مساله پیچیده و دردسرساز تبدیل شده بود.

به گزارش نیوساینتیست، در روش سنتی برای اتصال دو قطعه یک تراشه، سیم‌های پیش ساخته در محل خود لحیم می‌شوند. اما مین فنگ یو و ژی هو از دانشگاه ایلی‌نویز، روش جدیدی را برای کاشت سیم‌های نازک سه‌بعدی در محل خود ابداع کرده‌اند. در این روش برای هر محل، کار ساخت سیم‌ها به صورت کاملا سفارشی انجام می‌شود.

روش ابداعی یو و هو شکل اصلاح شده‌ای از آب‌کاری الکتریکی است که در آن با استفاده از یک جریان الکتریکی، سطح رسانا به وسیله لایه نازکی از فلز که درون الکترولیت مایع قرار دارد، پوشیده می‌شود. چنین روشی از نظر تئوری مانند این است که شما سیم‌های فلزی را مستقیما بر روی یک سطح درج کنید.

پل مایع
استفاده از این روش گالوانیزه کردن برای ساخت سیم‌های نازک به جای آب‌کاری یکسره یک سطح، خود یک چالش به شمار می‌رود. یک راه‌حل نگه داشتن الکترولیت درون یک پی‌پت، و نزدیک کردن پی‌پت به سطح رسانا است. هنگامی‌که یک اختلاف پتانسیل الکتریکی بین این دو اعمال شود، پل نازکی از مایع ایجاد می‌شود. در نتیجه ذرات مس یا پلاتین موجود درون الکترولیت توسط سطح رسانا جذب می شوند و یک حباب فلزی کوچک را ایجاد می‌کنند.

با توجه به این‌که تا وقتی این اختلاف پتانسیل الکتریکی اعمال می‌شود، حباب فلزی به رشد خود خارج از سطح رسانا و در امتداد این پل مایع ادامه می‌دهد؛ یو و هو دریافتند که این، راهی مناسب برای ایجاد سیم‌های سه‌بعدی است. بر خلاف سیم‌های دوبعدی که تنها بر روی یک سطح گسترش می‌یابند، این سیم‌ها در بالای سطح نیز امتداد می‌یابند.

برای استفاده از این روش، سرعت دور کردن پی‌پت از سطح بایستی دقیقا با سرعت رشد حباب فلزی برابر باشد. در صورت انجام درست این کار، یک سازه سه‌بعدی فلزی جامد ایجاد خواهد شد. با حرکت دادن پی‌پت به موازات سطح به جای دور کردن آن از سطح، می‌وان سازه‌های سه‌بعدی پیچیده را نیز ایجاد کرد. با استفاده از این پل‌های فلزی علاوه بر اتصال بخش‌های مختلف یک سطح رسانا، می‌توان دو سطح یا جزء رسانا را که در ارتفاعات مختلفی بر روی یک تراشه سه‌بعدی قرار دارند، به یکدیگر متصل کرد.

با استفاده از یک پی‌پت به اندازه کافی کوچک، محققان توانستند اتصالات ساده‌ای با طول بیش از 80 میکرومتر و پهنای 100 نانومتر را ایجاد کنند. به گفته یو چنین قطری از نظر بزرگی، ده برابر کوچک‌تر از ابعادی است که در روش‌های فعلی می‌توان به آن دست یافت.

مقاومت گرمایی بیشتر
از آن‌جایی‌که فلز روکش‌دار اتصال به مراتب قدرتمندتری را با سطح نسبت به اتصالات لحیمی برقرار می‌کند، این اتصالات قادر به تحمل جریان‌هایی هستند که یک میلیون بار قوی‌تر از جریانی است که باعث سوختن اتصالات لحیمی متداول می‌شود.

به گفته پیتر سیرسون از دانشگاه جان هاپکینز بالتیمور، این روش یک راه‌حل برازنده و دل‌پذیر برای حل مشکل سیم‌های سه‌بعدی با اشکال پیچیده در ساخت تراشه‌ها به شمار می‌رود. وی می‌گوید: «این روش می‌تواند ابزاری مهم برای ساخت سازه‌های سه‌بعدی در مقیاس میکرون باشد.»

یو و هو امیدوارند که بتوانند قطر سیم‌های ایجاد شده با استفاده از این روش تا یک مرتبه دیگر نیز کاهش دهند. در عین حال، این روش را به یک فرایند سریع و سازگار با مقیاس‌های صنعتی ارتقاء دهند. یو می‌گوید: «به جای ساخت تک به تک سیم‌ها، ما به دنبال راهی هستیم تا بتوان آنها را به صورت دسته‌ای تولید کرد.»