Superkritiskais oglekļa dioksīds

Datoru mikroshēmu ražotāji saskaras ar pāris smagiem izaicinājumiem: viens vides, otrs tīri tehnisks. Katru gadu tipisks mikroshēmu ražošanas uzņēmums iesūc apmēram četrus miljonus galonu īpaši tīra ūdens un izmanto toksisku ķīmisku vielu okeānu, lai notīrītu un sagatavotu mikroshēmas lietošanai. Tajā pašā laikā uzņēmumi, kas darbojas ļoti konkurētspējīgā nozarē, cenšas vēl vairāk samazināt tranzistorus un citas ierīces mikroshēmās, lai turpinātu padarīt datorus un citu mikroelektroniku lētāku un ātrāku. Abu šo problēmu risinājums varētu būt no maz ticama avota: oglekļa dioksīda.

Oglekļa dioksīds jau sen ir bijis vides aizstāvju ienaidnieks, pateicoties tam, ka tas veicina globālo sasilšanu, taču tieši pareizos apstākļos, proti, augstā spiedienā un pareizā temperatūrā, tas ir viens no labākajiem un videi labvēlīgākajiem šķīdinātājiem dabā. Piemēram, bezkofeīna kafijas cienītāji gūst labumu no tā spējas noņemt kofeīnu no kafijas pupiņām. Dažu pēdējo gadu laikā oglekļa dioksīds ir ienācis arī ķīmiskās tīrīšanas nozarē, nodrošinot drošu tīrīšanas alternatīvu ķīmiskajai perhloretilēnam. Taču oglekļa dioksīdam var būt vislielākā ietekme augsto tehnoloģiju jomā. Ir milzīgas iespējas, saka Ziemeļkarolīnas Universitātes ķīmiķis Džozefs DeSimone. Esmu pārliecināts, ka oglekļa dioksīds dominēs vairākos mikroelektronikas galvenajos posmos.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2002. gada janvāra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Oglekļa dioksīds varētu nodrošināt pusvadītāju rūpniecību ar videi nekaitīgāku veidu silīcija tīrīšanai, taču tas varētu arī ļaut turpināt integrēto shēmu miniaturizāciju. Un tas nozīmē ātrākus un lētākus datorus un plaša patēriņa elektroniku. Vides leņķis liks [mikroshēmu ražotājiem] izskatīties labi, taču, pamatojoties uz to, viņi nepārstrādās, saka Kreigs Teilors, superkritisko šķidrumu pētnieks no Losalamos Nacionālās laboratorijas Ņūmeksikā. Nozari interesē tas, ka superkritiskais oglekļa dioksīds var būt tehnoloģija, kas ļauj sasniegt mazākus izmērus.

Zinātnieki jau vairāk nekā gadsimtu ir zinājuši, ka pie 75 reizes lielāka atmosfēras spiediena un 31 C, oglekļa dioksīds nonāk dīvainā stāvoklī, ko ķīmiķi sauc par superkritisku. Šādā stāvoklī oglekļa dioksīda šķidrās un gāzes formas kļūst neatšķiramas: tās saplūst vienā šķidrumā ar neparastām īpašībām. Starp dīvainākajiem šķidruma viskozitāte nokrītas gandrīz līdz nullei, un tā virsmas spraigums sasniedz nulli. Zemā viskozitāte nozīmē, ka tas neparasti labi plūst ar zemu pretestību, un nulles virsmas spraigums nozīmē, ka šķidruma virsma nesaliecas malās un nelīp pie tvertnes malām. Rezultāts: superkritiskais oglekļa dioksīds var ieplūst spraugās un kaktiņos, kas ir tik mazi, ka citi šķidrie šķīdinātāji sasveķojas.

Pētnieki Losalamosā, Ziemeļkarolīnas Universitātē un citur ir pētījuši iespēju, ka, izmantojot superkritisko oglekļa dioksīdu vai šķidru oglekļa dioksīdu, kas atrodas tieši zem superkritiskā stāvokļa, viņi varētu izveidot mikroshēmas funkcijas ar vēl nebijušu izšķirtspējas līmeni. Fotolitogrāfijā, kas ir mikroshēmu izgatavošanas pamatprocess, fotorezists (gaismas jutīgs materiāls, kas pārklāj silīcija mikroshēmu) tiek pakļauts gaismai, kas spīd caur masku; pēc tam eksponētais fotorezists tiek nomazgāts, atstājot zīmējumu uz silīcija. Esošā tehnoloģija parasti izmanto ūdens šķīdumu, lai nomazgātu fotorezistu. Taču konstrukcijas kļūst tik mazas, ka paša ūdens augstais virsmas spraigums var kaitēt, skaidro DeSimone. Tāpat kā medus, kas izliets pār kāršu namiņu, ūdens var sabrukt smalkās silīcija īpašības. Virskritiskais oglekļa dioksīds var apskalot konstrukcijas, tās nenojaucot.

Oglekļa dioksīds varētu būt arī veids, kā novietot īpaši plānās vara stieples, ko izmanto mūsdienu labākajās mikroshēmās. Džims Votkins un kolēģi no Masačūsetsas universitātes nesen atklāja, ka viņi var izšķīdināt metāliskus savienojumus oglekļa dioksīdā un ielej šķīdumu šaurajos tranšeju kaktos un spraugās, kas iegravētas silīcijā, veidojot vadus. Kad pētnieki pievieno ūdeņraža gāzi, savienojumi atbrīvo metāla slodzi uz silīcija virsmām, lai izveidotu augstas kvalitātes savienojumus, kas ir plānāki par 100 nanometriem.

Ja oglekļa dioksīds var attīrīt mikroshēmu ražošanu, tas varētu nodrošināt klasisku, abpusēji izdevīgu situāciju tiem, kas līdzsvaro ietekmi uz vidi un ražošanas veiktspēju augsto tehnoloģiju nozarē. Ražotāji varēs turpināt ražot mikroshēmas ar sarūkošām funkcijām, kas nepieciešamas rītdienas arvien ātrākiem datoriem. Un tie, kas atrodas Silīcija ielejā, var ietaupīt ūdens krājumus, lai pagatavotu latte bez kofeīna.

paslēpties