7 月 7 日消息，美國密歇根州立大學(xué) (MSU) 的物理學(xué)家們開發(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，可以以前所未有的方式檢測半導(dǎo)體的“缺陷”。

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

“這對于具有納米級結(jié)構(gòu)的組件尤其重要，”科克爾解釋說。這項技術(shù)的應(yīng)用范圍可擴展到尖端的半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，包括具有納米級特征的計算機芯片和僅一個原子厚的工程材料。

這種新方法可以檢測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)電子穿過半導(dǎo)體的運動中起著至關(guān)重要的作用。

盡管理論物理學(xué)家已經(jīng)研究了這種類型的缺陷數(shù)十年，但單個原子的實驗檢測到目前為止一直難以實現(xiàn)。“對于電子來說，硅原子基本上看起來就像一個深坑，”科克爾解釋道。

密歇根州立大學(xué)的研究團隊結(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“上下顫動”一萬億次，這種組合創(chuàng)造了一個對缺陷敏感的探針。

當(dāng) STM 探針遇到硫化鎵表面上的硅缺陷時，會在測量數(shù)據(jù)中產(chǎn)生一個明顯的強烈信號。將探針移動一個原子，信號就會消失。

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于器件的性能和穩(wěn)定性變得很重要。

科克爾的團隊已經(jīng)將他們的方法應(yīng)用于檢查石墨烯納米線等原子級超薄材料，“我們正在進行許多開放式項目，使用這種技術(shù)研究更多材料和更奇特的材料，”他說，“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)來使用。”

這種方法相對簡單且用途廣泛，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隊顯著增加了跨材料領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)更多新材料的可能性。

該團隊的研究成果發(fā)表在期刊《自然光子學(xué)》上。