Superkritinis anglies dioksidas

Kompiuterių lustų gamintojai susiduria su keliais sunkiais iššūkiais: vienas aplinkosaugos, kitas grynai techninis. Kiekvienais metais tipiška lustų gamybos įmonė sugeria apie keturis milijonus galonų itin gryno vandens ir naudoja nuodingų cheminių medžiagų vandenyną, kad nušveistų ir paruoštų naudoti mikroschemas. Tuo pačiu metu labai konkurencingos pramonės įmonės bando dar labiau sumažinti tranzistorius ir kitus lustuose esančius įrenginius, kad kompiuteriai ir kita mikroelektronika būtų pigesni ir greitesni. Abiejų šių iššūkių sprendimas gali būti iš mažai tikėtino šaltinio: anglies dioksido.

Anglies dioksidas jau seniai buvo aplinkosaugininkų priešas dėl savo vaidmens klimato atšilimui, tačiau esant tinkamoms sąlygoms, būtent esant aukštam slėgiui ir tinkama temperatūrai, jis yra vienas geriausių ir aplinkai nekenksmingiausių gamtoje esančių tirpiklių. Pavyzdžiui, kavos be kofeino mėgėjams naudingas jos gebėjimas pašalinti kofeiną iš kavos pupelių. Per pastaruosius kelerius metus anglies dioksidas taip pat įsiveržė į cheminio valymo pramonę, suteikdamas saugią valymo alternatyvą perchloretilenui. Tačiau didžiausią įtaką anglies dioksidas gali padaryti aukštųjų technologijų srityje. Yra didžiulės galimybės, sako Šiaurės Karolinos universiteto chemikas Josephas DeSimone'as. Esu įsitikinęs, kad anglies dioksidas dominuos keliuose svarbiausiuose mikroelektronikos žingsniuose.

Ši istorija buvo mūsų 2002 m. sausio mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Anglies dioksidas galėtų suteikti puslaidininkių pramonei ekologiškesnį būdą valyti silicį, tačiau jis taip pat galėtų leisti toliau miniatiūrizuoti integrinius grandynus. O tai reiškia greitesnius ir pigesnius kompiuterius ir plataus vartojimo elektroniką. Aplinkos kampas leis [lustų gamintojams] atrodyti gerai, bet jie nesiruošia persitvarkyti tik tuo remdamiesi, sako Craigas Tayloras, superkritinių skysčių tyrėjas iš Los Alamos nacionalinės laboratorijos Naujojoje Meksikoje. Pramonei įdomu tai, kad superkritinis anglies dioksidas gali būti technologija, leidžianti pasiekti mažesnius matmenis.

Mokslininkai jau daugiau nei šimtmetį žinojo, kad esant 75 kartus didesniam nei atmosferos slėgiui ir 31 C temperatūrai, anglies dioksidas pereina į keistą būseną, kurią chemikai vadina superkritine. Esant tokiai būsenai, skystos ir dujinės anglies dioksido formos tampa neatskiriamos: jos susilieja į vieną neįprastų savybių skystį. Tarp keisčiausių yra tai, kad skysčio klampumas nukrenta beveik iki nieko, o jo paviršiaus įtempis nukrenta iki nulio. Mažas klampumas reiškia, kad jis teka neįprastai gerai su mažu pasipriešinimu, o nulinis paviršiaus įtempimas reiškia, kad skysčio paviršius nesusiraito kraštuose ir neprilimpa prie talpyklos šonų. Grynasis rezultatas: superkritinis anglies dioksidas gali tekėti į plyšius ir užkampius, tokius mažus, kad kiti skysti tirpikliai suliptų.

Tyrėjai iš Los Alamos, Šiaurės Karolinos universiteto ir kitur tyrė galimybę, kad naudojant superkritinį anglies dioksidą arba skystą anglies dioksidą, svyruojantį šiek tiek žemiau superkritinės būsenos, jie galėtų sukurti precedento neturinčios raiškos mikroschemų funkcijas. Fotolitografijoje, pagrindiniame lustų gamybos procese, fotorezistas (šviesai jautri medžiaga, dengianti silicio lustą) yra veikiama šviesa, šviečiančia per kaukę; tada eksponuotas fotorezistas nuplaunamas, paliekant raštą ant silicio. Esama technologija fotorezistui nuplauti paprastai naudoja vandens tirpalą. Tačiau konstrukcijos tampa tokios mažos, kad didelis paties vandens paviršiaus įtempis gali pakenkti, aiškina DeSimone. Kaip ant kortų namelio užpiltas medus, vanduo gali sugriauti subtilius silicio bruožus. Superkritinis anglies dioksidas gali nuplauti konstrukcijas jų nenugriovęs.

Anglies dioksidas taip pat galėtų būti būdas nutiesti itin plonus varinius laidus, naudojamus geriausiose šiandienos mikroschemose. Jimas Watkinsas ir kolegos iš Masačusetso universiteto neseniai išsiaiškino, kad gali ištirpinti metalinius junginius anglies dvideginyje ir supilti tirpalą į sandarius griovių kampelius, išgraviruotus į silicį, kad suformuotų laidus. Kai mokslininkai prideda vandenilio dujų, junginiai išleidžia savo metalo apkrovas ant silicio paviršių, kad sukurtų aukštos kokybės jungtis, plonesnes nei 100 nanometrų.

Jei anglies dioksidas gali išvalyti lustų gamybą, tai gali būti klasikinė, abipusiai naudinga situacija tiems, kurie subalansuoja poveikį aplinkai ir gamybos efektyvumą aukštųjų technologijų pramonėje. Gamintojai galės ir toliau gaminti lustus su mažėjančiomis funkcijomis, kurių reikia vis greitesniems rytojaus kompiuteriams. Silicio slėnyje esantys gali sutaupyti vandens atsargas be kofeino lattei gaminti.

paslėpti