Современный метод производства микроэлектроники является дорогостоящим, медленным, энерго- и ресурсоемким.

Однако профессор Северо-Восточного университета запатентовал новый процесс и принтер, которые не только позволяют производить современную электронику и чипы более эффективно и дешево, но и позволяют изготавливать их в наномасштабах.

«Я думал, что должен быть более простой способ сделать это, должен быть более дешевый способ сделать это», — говорит Ахмед А. Буснайна, профессор Уильяма Линкольна Смита и выдающийся профессор Северо-Восточного университета. «Мы начали, по сути, с очень простой физической химии с очень простым подходом».

Буснаина руководит Центром Национального научного фонда по высокоскоростному нанопроизводству в Северо-Восточном университете.

Он объясняет, что обычный метод изготовления микроэлектроники в основном работает путем нанесения материала на пленку, а затем «вытравливания» излишков. Каждый слой представляет собой одну часть схемы, и после наращивания многих слоев создается микропроцессор или чип памяти. Для каждого используемого материала используется свой процесс.

Однако, по словам Буснайны, этот процесс имеет ряд недостатков.

Во-первых, это дорого.

Строительство предприятий по производству современной электроники и микросхем, необходимых для питания современной электроники, обходится примерно в 20–40 миллиардов долларов, а их эксплуатация — в 1 миллиард долларов в год.

По словам Буснайны, расходы на производственные мощности (или «фабрики») привели к тому, что число компаний, способных производить необходимые чипы, сократилось с 29 в начале тысячелетия до пяти по состоянию на 2018 год.

По словам Буснайны, это означает, что на изготовление чипа уходит от шести месяцев до года, и любые доработки после тестирования требуют аналогичного срока.

Более того, он добавляет, что типичному заводу требуется количество электроэнергии, эквивалентное 50 000 домов, поскольку в процессе производства необходим вакуум и высокие температуры.

В отличие от этого, Буснайна разработал аддитивный процесс производства «снизу вверх» в кампусе Northeastern в Берлингтоне для кремниевых микропроцессоров или чипов памяти, который снижает себестоимость производства электроники примерно до 1% от текущего метода.

Это похоже на лепку чего-то из глины, а не из камня — вы созидаете, а не откалываете что-то.

«Мы ничего не вывозим, — говорит Буснайна. — Мы только размещаем нужный нам материал в том месте, где он нам нужен».

Буснайна утверждает, что материалы можно наносить очень быстро, используя очень маленькие частицы , что позволяет создавать очень маленькие объекты за малую долю времени, необходимого для традиционного нанопроизводства или 3D-печати.

«Мы показали, что можем создавать структуры размером до 25 нанометров за одну минуту, например, на большой площади», — говорит Буснайна. «Так что это высокая производительность, очень низкая стоимость».

Буснаина прогнозирует, что новый метод и инструмент могут «демократизировать» процесс производства микросхем.

«Это как в старых Kinkos — куда вы шли и делали свои собственные копии», — говорит Буснайна. «Теперь вы можете пойти в мастерскую 3D-печати и предоставить им свой дизайн чипа, и они сделают его для вас в тот же день или на следующий».

«Представьте, если бы каждый разработчик чипов мог бы получить свой проект на той же неделе, а затем заняться разработкой и масштабировать его», — продолжает Буснайна. «Вы не только демократизируете нанопроизводство электроники, вы ускорите темпы инноваций в электронике и сделаете всю электронику очень доступной».