Dióxido de carbono supercrítico

Los fabricantes de chips de computadora se enfrentan a un par de desafíos difíciles: uno ambiental, el otro puramente técnico. Cada año, una planta típica de fabricación de chips absorbe alrededor de cuatro millones de galones de agua ultrapura y usa un océano de químicos tóxicos para fregar y preparar microchips para su uso. Al mismo tiempo, las empresas de la industria altamente competitiva están tratando de reducir aún más los transistores y otros dispositivos en los chips para continuar haciendo que las computadoras y otras microelectrónicas sean más baratas y rápidas. La solución a estos dos desafíos podría provenir de una fuente poco probable: el dióxido de carbono.

El dióxido de carbono ha sido durante mucho tiempo la némesis de los ambientalistas debido a su papel en el calentamiento global, pero en las condiciones adecuadas, es decir, alta presión y la temperatura adecuada, es uno de los mejores y más benignos solventes de la naturaleza. Los amantes del café descafeinado, por ejemplo, se benefician de su capacidad para eliminar la cafeína de los granos de café. Durante los últimos años, el dióxido de carbono también ha hecho incursiones en la industria de la limpieza en seco, proporcionando una alternativa de limpieza segura al percloroetileno químico. Pero es en el frente de la alta tecnología donde el dióxido de carbono puede tener su mayor impacto. Hay enormes oportunidades, dice Joseph DeSimone, químico de la Universidad de Carolina del Norte. Estoy seguro de que el dióxido de carbono dominará varios de los pasos clave de la microelectrónica.

Esta historia fue parte de nuestro número de enero de 2002

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El dióxido de carbono podría proporcionar a la industria de los semiconductores una forma más ecológica de depurar el silicio, pero también podría permitir la miniaturización continua de los circuitos integrados. Y eso significa computadoras y productos electrónicos de consumo más rápidos y baratos. El ángulo ambiental hará que [los fabricantes de chips] se vean bien, pero no se van a reorganizar solo sobre la base de eso, dice Craig Taylor, investigador de fluidos supercríticos en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Nuevo México. Lo que es interesante para la industria es que el dióxido de carbono supercrítico puede ser una tecnología habilitadora para ir a dimensiones más pequeñas.

Los científicos han sabido durante más de un siglo que a 75 veces la presión atmosférica y 31 ° C, el dióxido de carbono entra en un estado extraño que los químicos llaman supercrítico. En este estado, las formas líquida y gaseosa del dióxido de carbono se vuelven indistinguibles: se fusionan en un fluido con propiedades inusuales. Entre los más extraños, la viscosidad del fluido se reduce a casi nada y su tensión superficial llega a cero. La baja viscosidad significa que fluye inusualmente bien con baja resistencia, y la tensión superficial cero significa que la superficie del fluido no se enrolla en los bordes ni se adhiere a los lados de su recipiente. El resultado neto: el dióxido de carbono supercrítico puede fluir hacia grietas y rincones tan pequeños que otros solventes líquidos se adherirían.

Investigadores de Los Alamos, la Universidad de Carolina del Norte y otros lugares han estado explorando la posibilidad de que el uso de dióxido de carbono supercrítico, o dióxido de carbono líquido que se cierne justo debajo del estado supercrítico, podría permitirles crear características en microchips a un nivel de resolución sin precedentes. En fotolitografía, el proceso fundamental utilizado en la fabricación de chips, un fotorresistente (un material sensible a la luz que cubre el chip de silicio) se expone a la luz que brilla a través de una máscara; el fotorresistente expuesto se lava luego, dejando un patrón en el silicio. La tecnología existente normalmente utiliza una solución de agua para eliminar el fotorresistente. Pero las estructuras se están volviendo tan pequeñas que la alta tensión superficial del agua en sí puede ser dañina, explica DeSimone. Al igual que la miel que se vierte sobre un castillo de naipes, el agua puede colapsar las delicadas características del silicio. El dióxido de carbono supercrítico puede lavar las estructuras sin demolerlas.

El dióxido de carbono también podría proporcionar una forma de colocar los cables de cobre ultradelgados que se utilizan en los mejores microchips de la actualidad. Jim Watkins y sus colegas de la Universidad de Massachusetts descubrieron recientemente que podían disolver compuestos metálicos en dióxido de carbono y verter la solución en los estrechos rincones y grietas de las trincheras grabadas en el silicio para formar los cables. Cuando los investigadores agregan gas hidrógeno, los compuestos liberan sus cargas metálicas sobre las superficies de silicio para crear interconexiones de alta calidad más delgadas que 100 nanómetros.

Si el dióxido de carbono puede limpiar la fabricación de chips, podría proporcionar una situación clásica de beneficio mutuo para quienes equilibran el impacto ambiental y el rendimiento de fabricación en la industria de alta tecnología. Los fabricantes podrán seguir produciendo chips con las funciones de reducción necesarias para las computadoras cada vez más rápidas del mañana. Y aquellos en Silicon Valley pueden ahorrar sus suministros de agua para hacer café con leche descafeinado.

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