Forskere afbilder perfekt glatte sideoverflader af 3-D siliciumkrystaller med et scanningstunnelmikroskop

Et forskningssamarbejde mellem Osaka University og Nara Institute of Science and Technology brugte for første gang scanning tunneling microscopy (STM) til at skabe billeder af atomisk flade sideoverflader af 3-D siliciumkrystaller. Dette arbejde hjælper halvlederproducenter med at fortsætte med at innovere, mens de producerer mindre, hurtigere, og mere energieffektive computerchips til computere og smartphones.

Vores computere og smartphones er hver fyldt med millioner af små transistorer. Behandlingshastigheden af ​​disse enheder er steget dramatisk over tid, da antallet af transistorer, der kan passe på en enkelt computerchip, fortsætter med at stige. Baseret på Moores lov, antallet af transistorer pr. chip vil fordobles cirka hvert andet år, og på dette område ser det ud til at holde op. For at holde dette tempo i hurtig innovation, computerproducenter er konstant på udkig efter nye metoder til at gøre hver transistor stadig mindre.

Nuværende mikroprocessorer er lavet ved at tilføje mønstre af kredsløb til flade siliciumskiver. En ny måde at proppe flere transistorer i samme rum på er at fremstille 3D-strukturer. Fin-type felteffekttransistorer (FET'er) er navngivet som sådan, fordi de har finnelignende siliciumstrukturer, der strækker sig ud i luften, væk fra overfladen af ​​chippen. Imidlertid, denne nye metode kræver en siliciumkrystal med en perfekt flad top og sideflader, i stedet for kun den øverste overflade, som med nuværende enheder. At designe den næste generation af chips vil kræve ny viden om sidefladernes atomare strukturer.

Nu, forskere ved Osaka University og Nara Institute of Science and Technology rapporterer, at de har brugt STM til at afbilde sideoverfladen af ​​en siliciumkrystal for første gang. STM er en kraftfuld teknik, der gør det muligt at se placeringen af ​​de enkelte siliciumatomer. Ved at føre en skarp spids meget tæt på prøven, elektroner kan hoppe over mellemrummet og skabe en elektrisk strøm. Mikroskopet overvågede denne strøm, og bestemte placeringen af ​​atomerne i prøven.

"Vores undersøgelse er et stort første skridt mod den atomisk løste evaluering af transistorer designet til at have 3D-former, " siger studiemedforfatter Azusa Hattori.

For at gøre sidefladerne så glatte som muligt, forskerne behandlede først krystallerne med en proces kaldet reaktiv ionætsning. Medforfatter Hidekazu Tanaka siger, "Vores evne til direkte at se på sideoverfladerne ved hjælp af STM beviser, at vi kan lave kunstige 3D-strukturer med næsten perfekt atomare overfladeordning."