7 月 7 日消息，美國(guó)密歇根州立大學(xué) (MSU) 的物理學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新的方法，可以以原子尺度分析半導(dǎo)體。這種方法將高分辨率顯微鏡與超快激光結(jié)合起來(lái)，可以以前所未有的方式檢測(cè)半導(dǎo)體的“缺陷”。

這項(xiàng)研究由密歇根州立大學(xué)杰里?考恩實(shí)驗(yàn)物理學(xué)資助講座教授泰勒?科克爾 (Tyler Cocker) 領(lǐng)導(dǎo)，旨在克服長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn)。隨著設(shè)備變得越來(lái)越小、功能越來(lái)越強(qiáng)大，能夠檢查設(shè)備組成材料的工具變得至關(guān)重要。

“這對(duì)于具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)的組件尤其重要，”科克爾解釋說(shuō)。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍可擴(kuò)展到尖端的半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，包括具有納米級(jí)特征的計(jì)算機(jī)芯片和僅一個(gè)原子厚的工程材料。

這種新方法可以檢測(cè)添加到砷化鎵中的硅原子，砷化鎵在雷達(dá)系統(tǒng)、高效率太陽(yáng)能電池和現(xiàn)代電信設(shè)備中至關(guān)重要，這些硅原子在調(diào)節(jié)電子穿過(guò)半導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。

盡管理論物理學(xué)家已經(jīng)研究了這種類(lèi)型的缺陷數(shù)十年，但單個(gè)原子的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到目前為止一直難以實(shí)現(xiàn)。“對(duì)于電子來(lái)說(shuō)，硅原子基本上看起來(lái)就像一個(gè)深坑，”科克爾解釋道。

密歇根州立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合了掃描隧道顯微鏡 (STM) 和太赫茲頻率的激光脈沖。這些脈沖每秒鐘會(huì)“上下顫動(dòng)”一萬(wàn)億次，這種組合創(chuàng)造了一個(gè)對(duì)缺陷敏感的探針。

當(dāng) STM 探針遇到硫化鎵表面上的硅缺陷時(shí)，會(huì)在測(cè)量數(shù)據(jù)中產(chǎn)生一個(gè)明顯的強(qiáng)烈信號(hào)。將探針移動(dòng)一個(gè)原子，信號(hào)就會(huì)消失。

隨著半導(dǎo)體器件不斷縮小，理解和控制原子尺度的缺陷對(duì)于器件的性能和穩(wěn)定性變得很重要。

科克爾的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將他們的方法應(yīng)用于檢查石墨烯納米線等原子級(jí)超薄材料，“我們正在進(jìn)行許多開(kāi)放式項(xiàng)目，使用這種技術(shù)研究更多材料和更奇特的材料，”他說(shuō)，“我們基本上將它融入我們所做的所有事情中，并將其作為一種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來(lái)使用?！?/p>

這種方法相對(duì)簡(jiǎn)單且用途廣泛，使其成為全球研究人員的一種有吸引力的工具。此外，其他以各種方式結(jié)合掃描隧道顯微鏡和太赫茲光的團(tuán)隊(duì)顯著增加了跨材料領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)更多新材料的可能性。

該團(tuán)隊(duì)的研究成果發(fā)表在期刊《自然光子學(xué)》上。