Microchip, la rivoluzione sino-americana che manda in pensione la costosa litografia

C’è un’ironia sottile, ma potente, nel fatto che mentre Washington e Pechino si scontrano a colpi di dazi e sanzioni commerciali, i loro scienziati continuino a collaborare per superare i limiti della fisica. Un team di ricerca congiunto tra Stati Uniti e Cina ha infatti sviluppato un metodo di fabbricazione “auto-incisivo” che potrebbe riscrivere le regole della produzione dei semiconduttori, aprendo nuove strade per dispositivi elettronici e sorgenti luminose ad alte prestazioni.

Il cuore del problema dell’attuale industria dei microchip è puramente economico e strutturale. La produzione moderna è dominata dalla litografia a ultravioletti estremi (EUV), una tecnologia tanto avanzata quanto mostruosamente costosa, che rappresenta un vero e proprio collo di bottiglia per il mercato globale. In questo processo standard, i laser incidono i modelli dei circuiti colpendo la superficie verticalmente, ma la dispersione laterale della luce può causare danni incontrollati. Questo difetto diventa fatale quando si tenta di lavorare con materiali di nuova generazione, morbidi e altamente sensibili, come le perovskiti agli alogenuri di piombo.

Il limite delle perovskiti e la soluzione “dall’interno”

Le perovskiti sono da tempo considerate il “Santo Graal” per l’elettronica del futuro, grazie alle loro eccezionali prestazioni optoelettroniche quando disposte in un reticolo cristallino bidimensionale. Tuttavia, la loro natura chimica instabile ha reso quasi impossibile la lavorazione precisa su scala nanometrica.

Come superare l’ostacolo senza distruggere il materiale? I ricercatori dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) di Hefei, della ShanghaiTech University e della Purdue University hanno pubblicato su Nature una soluzione che elude i costosi e aggressivi macchinari tradizionali.

Invece di forzare i tagli dall’esterno con laser o solventi chimici, la tecnica di auto-incisione sfrutta lo stress interno che si accumula naturalmente all’interno di un cristallo di perovskite durante la sua crescita. Quindi invece che tagliare dopo, si seguono le qualità dei cristalli, guidandoli durante la loro crescita per ottenere le strutture necessarie.

È un processo simile all’utilizzo di una faglia nascosta nella roccia per guidare fratture precise e controllate.

Ecco i vantaggi principali di questo nuovo approccio:

• Riduzione dei costi di capitale: non necessita di macchinari per la litografia estrema da centinaia di milioni di dollari.
• Precisione nanometrica intatta: evita i danni termici o chimici causati dai solventi tradizionali.
• Modularità: permette di creare unità simili a pixel di cui è possibile regolare con precisione colore e luminosità.

Per comprendere il salto tecnologico, è utile confrontare i due metodi:

Come ha sottolineato Zhang Shuchen, scienziato dei materiali dell’USTC e autore principale dello studio, questo lavoro ha creato una nuova piattaforma materiale per i display del futuro. Il risultato è un wafer a cristallo singolo che appare come un mosaico, composto da diverse regioni, ciascuna con il proprio comportamento di emissione luminosa.

Dal punto di vista economico, questa scoperta è fondamentale. Abbassare le barriere d’ingresso tecnologiche significa ridurre i monopoli industriali legati ai macchinari di incisione, stimolando la concorrenza e, potenzialmente, riducendo i costi per il consumatore finale nell’elettronica di consumo e nei display di prossima generazione.

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