Os nanômetros não são mais o que costumavam ser. Quando os mícrons cederam em meados da década de 2000 e os fabricantes de processadores começaram a usá-los para identificar a tecnologia de integração que os usuários estavam usando, tínhamos algo tangível em que nos agarrar. Durante aqueles primeiros anos, os nanômetros eram uma medida razoavelmente fiel do comprimento das portas lógicas, como eram antes os mícrons, para que pudessem ser usados como referência para comparar a sofisticação dos nós litográficos.
No entanto, este parâmetro perdeu grande parte da sua utilidade para os utilizadores durante muitos anos. E isso aconteceu porque os fabricantes de semicondutores começaram a usá-lo como um artifício de marketing. Os nanômetros não refletem mais com precisão o comprimento das portas lógicas ou outros parâmetros físicos, como a distância entre os transistores. Cada fabricante de chips os trata com muita liberdade, o que impede os usuários de comparar diretamente as litografias que tentam nos “vender”.
Em julho de 2022, meu colega Enrique publicou um artigo muito interessante no qual explica detalhadamente por que nem todos os nanômetros são iguais e por que isso ocorreu. uma desconexão quase absoluta entre a nomenclatura e a realidade física dos circuitos integrados. Sugiro que você dê uma olhada se ainda não leu.
Ele leitmotiv deste artigo é essencialmente o mesmo, mas proponho abordá-lo de uma perspectiva diferente. ASML, empresa holandesa que fabrica os equipamentos de litografia mais avançados do planeta, tem muito a dizer nesta área e pode nos ajudar a entender quais parâmetros os fabricantes de chips devem nos fornecer para comparar suas tecnologias de integração.
A dimensão crítica é tudo
Os engenheiros da ASML têm uma Bíblia. É uma equação e é conhecida como critério de Rayleigh. Para eles, a importância desta fórmula reside na sua capacidade de descrever com precisão os parâmetros que determinam o desenvolvimento da tecnologia de integração. Nem mais nem menos. E entre todos eles há um que se destaca de todos os outros porque identifica claramente a sofisticação de um determinado nó litográfico: a dimensão crítica. Aqui você tem a equação conhecida como critério de Rayleigh:
A dimensão crítica identifica até que ponto é possível miniaturizar os componentes que compõem um circuito integrado.
À primeira vista pode parecer uma fórmula complicada, mas na realidade não é tão complicada se soubermos o que representa cada um dos termos da equação. O primeiro deles, ‘CD’, vem da expressão inglesa Dimensão crítica, e identifica até que ponto é possível miniaturizar os componentes que compõem um circuito integrado. Este é o parâmetro que os fabricantes de semicondutores querem reduzir a todo custo. Na verdade, todos eles, e especialmente a ASML, dedicam uma enorme quantidade de recursos ao desenvolvimento de tecnologias que nos permitam refinar a dimensão crítica, o que nos convida a olhar para a expressão que temos do lado direito da igualdade matemática .
O fator ‘k₁’ é um coeficiente delimitado pelos parâmetros físicos que determinam o processo de fabricação de semicondutores. O que nos interessa ter em mente é que o limite físico imposto pela fotolitografia de silício é ‘k₁ = 0,25’então, como podemos imaginar, os fabricantes fazem tudo ao seu alcance para refinar sua tecnologia e aproximar esse coeficiente o mais próximo possível desse valor limite.
Cada etapa requer o desenvolvimento de novos equipamentos litográficos, novas fontes de luz, novos elementos ópticos, novos materiais fotorresistentes e um novo procedimento de fabricação.
O próximo parâmetro, identificado pela letra grega lambda (‘λ’), nos diz qual comprimento de onda da luz é usado no processo de fabricação de semicondutores. Um dos desafios mais importantes enfrentados pelas empresas de que falamos é justamente reduzir o comprimento de onda da luz para aumentar a resolução do processo fotolitográfico.
No entanto, cada passo que dão neste caminho requer o desenvolvimento de novos equipamentos litográficos, novas fontes de luz (a luz ultravioleta é geralmente usada), novos elementos ópticos, novos materiais fotorresistentes e também um novo procedimento de fabricação. Em suma, sempre que uma fábrica reduz o comprimento de onda da luz que projeta nas suas pastilhas, é forçada a alterar a maior parte dos seus equipamentos e processos de fabrico.
O último ingrediente da receita que nos interessa investigar é o parâmetro ‘NA’ (abertura numerica), que identifica o valor de abertura da óptica utilizada pelo equipamento litográfico. Neste contexto, este parâmetro reflete essencialmente o mesmo que o valor da abertura quando falamos da ótica de uma câmera, portanto determina a quantidade de luz que os elementos ópticos são capazes de captar. Como podemos imaginar, quanto mais luz coletarem, melhor.
Os fabricantes de chips devem descrever suas tecnologias de integração usando um parâmetro objetivo que os usuários considerem útil.
A conclusão a que podemos chegar após analisar as informações fornecidas pelo critério de Rayleigh é que para aumentar a resolução do seu processo fotolitográfico, os fabricantes de semicondutores são obrigados a refinar os três parâmetros que coexistem na expressão do lado direito da equação.
Quando TSMC, Intel, Samsung ou GlobalFoundries, entre outros fabricantes de chips, anunciam que têm uma nova tecnologia de integração pronta, o que nos dizem nas entrelinhas é que conseguiram reduzir o comprimento de onda da luz que utilizam nos seus processos litográficos ., refinaram seus elementos ópticos para aumentar sua capacidade de captação de luz, e possivelmente também que conseguiram chegar um pouco mais perto do limite físico imposto pela fotolitografia de silício. Nesse ‘k₁ = 0,25’.
Idealmente, eles parariam de falar sobre nanômetros ou angstroms e começariam a descrever suas tecnologias de integração usando um parâmetro objetivo que fosse útil para os usuários. sentir sua sofisticação. A dimensão crítica é uma boa candidata para assumir este papel, mas a médio prazo parece improvável que os fabricantes de chips lhe dêem a visibilidade que merece. Continuaremos com nanômetros e angstroms, mas os usuários têm bons motivos para se distanciar e não ignorar o fato de que, na realidade, essas unidades estão desconectadas da realidade física dos semicondutores.
Imagem de capa: TSMC
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