Исследователи Массачусетского технологического института сделали открытие, которое может изменить подходы к производству микроэлектроники. В ходе экспериментов с материалами для ядерных реакторов они выяснили, что рентгеновский пучок можно использовать не только для наблюдения за разрушением вещества в реальном времени, но и для точного контроля уровня напряжения внутри кристаллов.
Это открывает возможность создания новых методов улучшения электрических и оптических свойств полупроводниковых микросхем, предоставляя инженерам инструмент для разработки более производительных чипов.
Как работает метод
В основе эксперимента лежало воздействие высокоинтенсивных рентгеновских лучей на образцы никеля, полученные методом твердофазного расплавления тонких пленок. Целью ученых было воспроизвести экстремальные условия работы ядерных реакторов и наблюдать процессы коррозии и растрескивания.
Со временем исследователи заметили, что, меняя параметры излучения, можно управлять кристаллической решеткой — либо снижая, либо усиливая внутреннее напряжение. Особенно сильный эффект наблюдался при использовании промежуточного слоя диоксида кремния между никелем и подложкой из кремния.
Зачем это нужно
В микроэлектронике давно применяется так называемое «strain engineering» — искусственное искажение кристаллической решетки для повышения скорости и энергоэффективности чипов. Обычно это достигается механическими методами или за счет особых слоев в процессе производства.
Открытие MIT предлагает принципиально новый инструмент: управлять напряжением с помощью рентгеновского излучения прямо в ходе изготовления полупроводников. Таким образом, один и тот же метод дает двойную выгоду — помогает лучше понять разрушение материалов в экстремальных условиях и одновременно открывает путь к совершенствованию электроники.
Материалы будущего
Для успешного проведения экспериментов исследователям пришлось решить проблему нежелательных химических реакций между никелем и кремнием. Буферный слой диоксида кремния не только стабилизировал кристаллы, но и позволил ослабить напряжение, что сделало возможной трехмерную реконструкцию образцов в реальном времени.
Эта технология дает уникальную возможность наблюдать разрушение кристаллов в 3D под воздействием условий, близких к реакторным. Такие данные важны не только для микроэлектроники, но и для создания более надежных материалов для атомных установок, судовых двигателей и других систем, работающих в экстремальных средах.
Следующим этапом ученые планируют изучение более сложных сплавов и оптимизацию толщины буферного слоя для точного контроля напряжений.
