Новое исследование показало, что секреты мельчайших активных структур в интегральных схемах могут быть раскрыты с помощью неразрушающего метода визуализации.
Прорыв потребовал усилий международной группы ученых из JKU и Keysight Technologies (Австрия), ETH/EPFL/PSI и IBM Research - Europe (Швейцария) и UCL (Великобритания).
Дары жизни интегральных схем и квантовых устройств в кремнии - это небольшие структуры, сделанные из лоскутов чужеродных атомов, называемых легирующими примесями. Легирующие структуры обеспечивают носители заряда, которые проходят через компоненты схемы, придавая компонентам их способность функционировать. В наши дни легирующие структуры состоят всего из нескольких атомов в поперечнике, поэтому их необходимо создавать в точных местах внутри цепи и иметь очень четко определенные электрические свойства. В настоящее время производителям трудно сказать неразрушающим методом, соответствуют ли они этим строгим требованиям. Новая парадигма визуализации обещает все изменить.
В режиме визуализации, называемом широкополосной электросиловой микроскопией, разработанном доктором Георгом Грамсом из компании Keysight Technologies & JKU, используется очень острый зонд, который посылает электромагнитные волны в кремниевый чип для визуализации и локализации легирующих структур под поверхностью. Доктор Грамс говорит, что, поскольку микроскоп может использовать волны многих частот, он может предоставить множество ранее недоступных деталей об электрической среде вокруг легирующих структур. Дополнительная информация имеет решающее значение для прогнозирования того, насколько хорошо устройства будут работать в конечном итоге.
Подход к визуализации был протестирован на двух крошечных легирующих структурах, созданных с использованием шаблонного процесса, который уникален для достижения атомарно четких границ раздела между различными легированными областями. Доктор Томас Скерен из IBM создал первый в мире электронный диод (элемент схемы, который пропускает ток только в одном направлении), изготовленный с помощью этого шаблонного процесса, а доктор Алекс Кёлькер из UCL создал многоуровневое трехмерное устройство с точностью до атома.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Electronics, демонстрируют, что этот метод позволяет делать снимки и разрешать всего 200 атомов примеси, даже если они скрыты под таким же количеством атомов кремния. Он может определить разницу между определенными ароматами атомов легирующей примеси, а также может предоставить информацию о том, как носители заряда перемещаются по структурам, и о «ловушках» атомного размера, которые могут остановить их движение.
Профессор Нил Керсон, который возглавляет группу в Калифорнийском университете, сказал: «Это исследование как нельзя лучше подходит для масштабных всемирных усилий по созданию электроники меньшего размера или квантовых компьютеров на кремнии. Уменьшение размеров и усложнение компонентов было впечатляющим, технология, необходимая для реального наблюдения за тем, что делается, не поспевает за этим. Это стало серьезной проблемой для контроля качества при производстве кремниевых микросхем и для информационной безопасности, когда вы не можете видеть. что находится внутри чипсов, которые вы производите или покупаете. Наше новое исследование поможет решить многие из этих вопросов».
Д-р Андреас Фюрер из IBM Research добавил: «После того, как мы научились создавать первые крошечные структуры устройств с легирующими примесями, состоящими из двух различных видов легирующих примесей, бора и фосфора, было чрезвычайно полезно работать с этой международной командой, чтобы обнаружить тонкие детали. о наших структурах, что было бы просто невозможно по-другому."