Pesquisadores da Johns Hopkins descobriram novos materiais e um novo processo que podem impulsionar a busca cada vez maior por microchips menores, mais rápidos e mais acessíveis, usados em eletrônicos modernos, desde celulares a carros, de eletrodomésticos a aviões.

A equipe de cientistas descobriu como criar circuitos tão pequenos que são invisíveis a olho nu usando um processo que é preciso e econômico para fabricação.

As descobertas foram publicadas em 11 de setembro na revista Nature Chemical Engineering .

"As empresas têm seus roteiros de onde querem estar em 10 a 20 anos ou mais", disse Michael Tsapatsis , Professor Emérito Bloomberg de Engenharia Química e Biomolecular na Universidade Johns Hopkins. "Um dos obstáculos tem sido encontrar um processo para fabricar recursos menores em uma linha de produção, onde os materiais são irradiados rapidamente e com precisão absoluta para tornar o processo econômico."

Os lasers avançados necessários para impressão em formatos minúsculos já existem, acrescentou Tsapatsis, mas os pesquisadores precisavam de novos materiais e novos processos para acomodar microchips cada vez menores.

Microchips são peças planas de silício com circuitos impressos que executam funções básicas. Durante a produção, os fabricantes revestem as pastilhas de silício com um material sensível à radiação para criar uma camada muito fina chamada "resist". Quando um feixe de radiação é direcionado à resist, ele desencadeia uma reação química que queima detalhes na pastilha, desenhando padrões e circuitos.

Entretanto, os feixes de radiação de maior potência, necessários para esculpir detalhes cada vez menores nos chips, não interagem fortemente o suficiente com as resinas tradicionais.

Anteriormente, pesquisadores do laboratório de Tsapatsis e do Grupo de Pesquisa Fairbrother da Universidade Johns Hopkins descobriram que resinas feitas de uma nova classe de metal-orgânicos podem acomodar esse processo de radiação de alta potência, chamado de "radiação ultravioleta extrema além da extrema", ou B-EUV, que tem o potencial de produzir detalhes menores do que o tamanho padrão atual de 10 nanômetros. Metais como o zinco absorvem a luz B-EUV e geram elétrons que causam transformações químicas necessárias para imprimir padrões de circuito em um material orgânico chamado imidazol.

Esta pesquisa marca uma das primeiras vezes em que cientistas conseguiram depositar esses resinas metal-orgânicas à base de imidazol a partir de uma solução na escala de uma pastilha de silício, controlando sua espessura com precisão nanométrica. Para desenvolver a química necessária para revestir a pastilha de silício com os materiais metal-orgânicos, a equipe combinou experimentos e modelos da Universidade Johns Hopkins, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China Oriental, da École Polytechnique Fédérale de Lausanne, na Suíça, da Universidade Soochow, em Taiwan, do Laboratório Nacional Brookhaven, em Nova York, e do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Califórnia. A nova metodologia, que eles chamam de deposição química líquida, ou CLD, pode ser projetada com precisão e permite que os pesquisadores explorem rapidamente diversas combinações de metais e imidazóis.

"Ao trabalhar com os dois componentes (metal e imidazol), é possível alterar a eficiência de absorção da luz e a química das reações subsequentes. E isso nos permite criar novos pares metal-orgânicos", disse Tsapatsis. "O interessante é que existem pelo menos 10 metais diferentes que podem ser usados para essa química, além de centenas de compostos orgânicos."

Os pesquisadores começaram a experimentar diferentes combinações para criar pares específicos para radiação B-EUV, que, segundo eles, provavelmente serão usados na fabricação nos próximos 10 anos.

"Como diferentes comprimentos de onda têm interações diferentes com diferentes elementos, um metal que perde em um comprimento de onda pode ganhar no outro", disse Tsapatsis. "O zinco não é muito bom para radiação ultravioleta extrema, mas é um dos melhores para o B-EUV."