Nye elektronbriller skærper vores syn på atomare skala funktioner

Hvad hvis vi kunne gøre et kraftfuldt videnskabeligt værktøj endnu bedre? Atom probe tomography (APT) er en kraftfuld måde at måle grænseflader på i en skala, der kan sammenlignes med afstanden mellem atomer i faste stoffer. Det har også en kemisk følsomhed på mindre end 10 dele per million. Imidlertid, det virker ikke så godt som det kunne. Forskere anvendte "elektronglas" til at korrigere afvigelser i APT -data. Nu, forskere har en yderst præcis, præcis metode til måling af afstande mellem grænseflader i vitale halvlederstrukturer. Disse strukturer indbefatter et silicium (Si) lag, som er klemt af en silicium germanium legering (SiGe).

Hvis den indeholder en computer eller bruger radiobølger, den er afhængig af en halvleder. For at lave bedre halvledere, videnskabsmænd har brug for bedre måder at analysere de involverede grænseflader på. Denne nye APT -tilgang giver en præcis, detaljeret visning af grænsefladen mellem Si og SiGe. Det tilbyder data for at optimere grænsefladeintegriteten. Forbedret viden om grænsefladerne er nøglen til at fremme teknologier, der anvender halvledere.

Efterhånden som elektroniske enheder krymper, mere præcis halvledersyntese og karakterisering er nødvendig for at forbedre disse enheder. APT kan identificere atompositioner i 3D med sub-nanometer opløsning fra detekterede fordampede ioner, og kan detektere dopingfordelinger og lavt niveau af kemisk adskillelse ved grænseflader; imidlertid, indtil nu, aberrationer har kompromitteret dens nøjagtighed. Faktorer, der påvirker sværhedsgraden af ​​aberrationer omfatter den sekvens, hvorfra grænsefladematerialerne fordampes (f.eks. SiGe til Si versus Si til SiGe) og bredden af ​​den nåleformede prøve, hvorfra materialet er fordampet (f.eks. jo større mængde materiale, der analyseres, jo større aberrationer). Der er flere fordele ved at forstå den kemiske sammensætning på subnanometerniveau af et materiale med APT. For eksempel, APT er 100 til 1, 000 gange mere kemisk følsom end den traditionelle grænseflademålingsteknik, scanning transmission elektronmikroskopi (STEM). I øvrigt, fordi APT er en flyvetid, sekundær ion massespektrometri metode, det er overlegent til at detektere letvægtsdoteringsmidler og dopingmidler med lignende atomnumre som hovedparten, såsom fosfor i Si. I dette eksperiment, forskere ved Oak Ridge National Laboratory og HRL Laboratories, LLC vurderede APTs evne til nøjagtigt at måle SiGe/Si/SiGe-grænsefladeprofiler ved at sammenligne APT-resultater med dem med optimerede atomopløste STEM-målinger fra den samme SiGe/Si/SiGe-prøve. Uden at anvende en post-APT rekonstruktionsbehandlingsmetode, de målte Si/SiGe-grænsefladebredder mellem APT- og STEM-datasæt stemmer dårligt overens. Afvigelser skaber tæthedsvariationer i APT-datasættet, som ikke findes i materialet. Anvendte en algoritme til at korrigere tæthedsvariationer, der er normale for grænsefladen (dvs. i z-retning) af APT-dataene, hvilket resulterede i nøjagtige grænsefladeprofilmålinger. Forskere kan bruge denne nøjagtige metode til at karakterisere SiGe/Si/SiGe-grænsefladeprofiler for konsekvent at måle den samme grænsefladebredde med en præcision tæt på 1 Ångstrøm (dvs. en brøkdel af afstanden mellem to atomer). Denne viden kan bruges til at forbedre mange halvlederenheder med Si/SiGe eller lignende grænseflader.