• Исследователи из МФТИ создали принтер для аддитивного производства микроэлектронных компонентов без использования чернил и растворителей.
• Принтер использует метод электрического газового разряда для синтеза наночастиц и их укладки на подложку с помощью аэрозольного пучка.
• Новый подход позволяет создавать чистые микроструктуры без последующей обработки и открывает возможности для внедрения сухой аэрозольной печати в микроэлектронику.
• Работа опубликована в журнале Physical and Chemical Processes in Atomic Systems.
• Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ.
• Принтер объединяет четыре последовательно реализуемых процесса: генерацию частиц, лазерную модификацию формы и размера, фокусировку аэрозольного пучка и лазерное спекание наночастиц на подложке.
• Основным элементом установки является генератор наночастиц на основе импульсного газового разряда.
• Принтер имеет дополнительные режимы работы для создания плазмонных наноструктур, газовых сенсоров и других приложений.
• Новый метод устраняет риск загрязнения формируемой структуры и сокращает время и стоимость производства микроэлектронных компонентов.

Основным элементом новой установки является генератор наночастиц, работающий на основе импульсного газового разряда: конденсатор периодически заряжается до напряжения 4 киловольта, а затем разряжается через межэлектродный промежуток, заполненный инертным газом. Частота таких разрядов составляет около 600 раз в секунду. Амплитуда тока в разряде — 300–1000 ампер, и течет он не равномерно, а через множество тончайших плазменных каналов — сотен микроскопических «горячих точек» на поверхности электродов. В каждой такой точке, размером до 20 микрометров, плотность тока колоссальна, что приводит к взрывному разрушению микровыступов на электроде. В результате от электрода буквально отрываются мельчайшие капельки расплавленного металла, которые конденсируются в наночастицы размером 5–15 нанометров. Поток инертного газа-носителя (аргона) непрерывно продувается через разрядную камеру, увлекая свежесинтезированные частицы за собой.

Таким образом, созданный в МФТИ прототип предоставляет возможность печатать проводящие дорожки, электроды, индуктивные элементы, а также создавать каталитические слои и плазмонные структуры на одном и том же оборудовании, без использования жидкостей и с минимальным постобработкой. Вместо продолжительного цикла фотолитографии с десятками операций с помощью новой установки можно «нарисовать» микросхему за считанные минуты.

В толстом слое, спекшемся за один раз, видна сильная неоднородность и пористость, в то время как многослойная печать с промежуточным спеканием дает монолитную структуру / © Physical and Chemical Processes in Atomic Systems