Hvordan den mindste skade på overfladen af ​​halvlederkrystaller udvikler sig til store defekter

Ved hjælp af ikke-destruktive billeddannelsesmetoder, et team af forskere på KIT opnår tredimensionel indsigt i krystallers indre. De bestemmer vigtige data om linjeformede defekter, der i høj grad påvirker krystallers deformationsadfærd. Disse såkaldte dislokationer forhindrer produktionen af ​​computerchips. Som rapporteret i Fysisk gennemgangsbreve , forskerne kombinerer to røntgenmetoder med en særlig type lysmikroskopi.

Selv et par forskydninger i siliciumskiver kan føre til defekte computerchips og, derfor, til uønsket produktion afviser. "Det er derfor vigtigt at forstå, hvordan en mindre mekanisk overfladefejl forplanter sig ind i krystallens dybde under typiske procespåvirkninger, såsom varme, "siger Dr. Daniel Hänschke, fysiker ved KIT's Institute for Photon Science og Synchrotron Stråling. Hans team er lykkedes med nøjagtigt at måle dislokationer og studere deres interaktioner med hinanden og med eksterne påvirkninger. Forskerne analyserede, hvordan en enkelt overfladefejl spreder sig til en armada af sekskantede defektlinjer, mens helt ubeskadigede områder kan forblive i midten af ​​et sådant tredimensionelt netværk. "Den resulterende kollektive bevægelse kan hæve eller sænke store overfladearealer på den modsatte side af skiven og forårsage dannelse af trin, som kan påvirke fremstilling og funktion af mikrostrukturer negativt, ”Påpeger Hänschke.

Kombineret med matematiske beregninger, resultaterne giver mulighed for bedre at forstå de underliggende fysiske principper. "De hidtil anvendte modeller er hovedsageligt baseret på data målt ved elektronmikroskopi i meget små krystalprøver, "Dr. Elias Hamann, et andet medlem af teamet, forklarer. "Vores metode kan også bruges til at studere store, flade krystaller, såsom kommercielt tilgængelige skiver, "tilføjer han." Dette er den eneste måde at fastslå detaljerede forhold mellem initialen, minut originale skader og de deraf følgende omfattende krystaldeformationer, der kan forårsage store problemer langt væk fra defekten. "

Den nye målemetode kombinerer røntgenteknikker ved KARA synkrotron i KIT og ESRF European synchrotron i Grenoble med såkaldt CDIC lysmikroskopi. De opnåede fund vil hjælpe med at forbedre eksisterende modeller for prognosen for defektdannelse og defektudbredelse og, derfor, give indikationer på, hvordan fabrikationsprocessen for computerchips kan optimeres. Antallet af transistorer arrangeret på en kvadratcentimeter af en waferoverflade når allerede flere milliarder, med stigende tendens. Selv de mindste defekter på og i krystallen kan få tusinder af disse små kredsløb til at mislykkes og de tilsvarende chips være ubrugelige. Industrien er meget interesseret i at minimere fejlraten yderligere i fremtiden.