Un avance revolucionario en la alineación precisa de capas para chips tridimensionales promete transformar la industria de los semiconductores. Un equipo de investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst ha desarrollado una técnica innovadora que utiliza láseres y metalentes para lograr una alineación extraordinaria, alcanzando precisiones comparables al tamaño de un átomo.
Con la evolución de dispositivos electrónicos cada vez más compactos y poderosos, el diseño tridimensional en semiconductores, que implica la superposición de múltiples capas de chips bidimensionales, se hace cada vez más común. No obstante, esta arquitectura avanzada presenta desafíos técnicos significativos, especialmente en cuanto a la alineación precisa de capas, cuya desalineación, por mínima que sea, puede perjudicar el desempeño del chip.
Actualmente, el proceso de alineación se efectúa generalmente a través de microscopios, utilizando marcas visuales en cada capa para superponerlas. Sin embargo, este método presenta limitaciones por la distancia entre capas, que suele ser de cientos de micrones, y por la constante necesidad de reenfocar, lo cual puede generar desplazamientos adicionales accidentales.
Maryam Ghahremani, autora principal del estudio, señala que el microscopio presenta limitaciones al enfocar capas simultáneamente, lo que puede empeorar la desalineación. Además, la resolución mínima permitida por el límite de difracción de los microscopios ópticos es de unos 200 nanómetros, lo cual impide detectar desajustes menores.
El nuevo método desarrollado utiliza metalentes concéntricas como referencias de alineación. Estas estructuras ópticas planas tienen capacidades avanzadas de manipulación de la luz y, al cruzar un láser a través de ellas, se generan hologramas interferenciales que indican no solo si las capas están alineadas, sino también la dirección y magnitud de cualquier desalineación. Amir Arbabi, profesor de ingeniería eléctrica e informática y autor senior del estudio, destaca que la técnica supera las expectativas iniciales, detectando desalineaciones de sólo 0,017 nanómetros en el eje horizontal y 0,134 nanómetros en el vertical.
Las implicaciones para la industria de los semiconductores podrían ser significativas, ya que una alineación precisa es un desafío técnico y económico persistente. La tecnología desarrollada permitiría a pequeñas empresas y startups acceder a procesos de fabricación avanzados sin la dependencia de herramientas sumamente costosas. Además, podría extenderse a sensores compactos y de bajo costo, con aplicaciones potenciales en la detección de presión, vibraciones y monitorización ambiental, creando oportunidades en aplicaciones industriales, médicas y científicas.
Este avance no solo promete revolucionar la producción de semiconductores, sino que también abre la puerta a una nueva generación de sensores de alta precisión.
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