Hands-off tilgang til siliciumchips

Muligheden for at se inde i siliciumchips for at se deres bittesmå arbejdende dele, uden at beskadige chipsene, er et skridt nærmere takket være et internationalt hold ledet af forskere ved LCN.

Gruppen på LCN, ledet af Dr. Neil Curson, har vist, at de kan generere billeder af små tredimensionelle komponenter lavet af fosforatomer, som er fuldstændig usynlige for alle andre billedteknologier.

Bemærkelsesværdigt, billederne af disse komponenter blev opnået på trods af, at komponenterne kun var på størrelse med et par tiere af atomer, var atomisk tynde og blev begravet under overfladen af ​​chippen. En nøjagtig kvantitativ bestemmelse af placeringen af ​​de nedgravede komponenter blev opnået, sammen med visse elektriske egenskaber. Dette gennembrud er udgivet i Videnskabens fremskridt .

De komponenter, der blev undersøgt, inklusive et tredimensionelt kryds af metalliske fosforstriber, blev designet og fremstillet af LCN ph.d.-studerende Alex Kölker. Han brugte en superskarp metalnål til at skrive mønstre i et enkelt lag brintatomer, der lå på overfladen af ​​en siliciumchip, skabe en skabelon af en ønsket form. Ved at forårsage en kemisk reaktion mellem overfladen af ​​chippen og phosphingas, fosfor atomer blev skrevet ind i overfladen, i form af skabelonen. Fosforstrukturerne blev derefter begravet med mere silicium for at fuldende enheden.

Et nyligt udviklet scanningsmikrobølgemikroskop blev brugt til at tage billeder af komponenterne, opnået med vores samarbejdspartnere på Johannes Kepler University, ledet af Georg Gramse, og af Keysight Technologies (Østrig), Paul Scherrer Institut, ETH Zürich og EPF Lausanne (Schweiz). Mikroskopet virker ved at fokusere mikrobølger (som dem fra en mikrobølgeovn), til enden af ​​en metalspids, som skubbes mod overfladen af ​​chippen. Mikrobølgerne fyres ind i chip, der efterfølgende hopper tilbage fra de nedgravede komponenter, målt, og bruges til at konstruere et billede.

Ifølge Dr Curson "Arbejdet er potentielt af global betydning, fordi siliciumchips er ved at blive så sofistikerede og indviklede, at det er utroligt svært og tidskrævende at tage snapshots af deres mindste arbejdsdele, og involverer i øjeblikket ødelæggelse af chippen. Hvis vi nemt kunne se alle komponenter i en chip, i en ikke-destruktiv herregård, det ville være en game-changer. Det, vi har gjort, er et stort skridt hen imod netop det. Sådanne teknologier bliver også vigtige for regeringer, der er interesserede i at vide, hvad der er inde i den udenlandske elektronik, de bruger!"

"En anden vigtig anvendelse af vores billedteknologi er at hjælpe med fremstillingen af ​​fosfor-i-silicium kvantecomputere, som har potentialet til at revolutionere computing fuldstændigt, hvis det bliver realiseret."

Dr. Ferry Kienberger fra Keysight Technologies siger "Vores virksomhed ser dette arbejde som et stort gennembrud i at demonstrere, at scanningsmikrobølgemikroskopi er vejen frem for karakteriseringen af ​​den næste generation af elektriske enheder og kvantekomponenter i silicium."

De egenskaber, der er demonstreret her, er transformative for ikke-invasiv diagnostik af elektriske komponenter i atomskala, som vil danne den næste generation af "klassiske" og kvanteenheder.