康奈尔大学的研究团队这次可算是有了大突破！他们用全新的高分辨率三维电子成像方法，直接把隐藏在先进芯片内部的结构缺陷给“看”清楚了！这项技术不仅能看到这些缺陷的微小不规则形态，还形象地把它们命名为“鼠咬”。这项成果就发表在了《自然·通讯》上。项目负责人 David Muller 是康奈尔 Duffield 工程学院 Samuel B. Eckert 讲席教授，他表示现有手段几乎不可能直接观察到这些缺陷的原子结构。不过这个新方法却能在纳米乃至原子尺度上重建晶体管内部结构。 这些缺陷形成于器件制备过程中经过优化的材料生长步骤中，而这次测试用的样品可是来自 Imec 的工艺线呢！Shake Karapetyan 是论文的第一作者，他把这一过程比喻成解一道超大拼图。通过对数据处理和分析，团队不仅能追踪单个原子的空间位置，还能量化晶体管沟道界面的细微起伏。 现在高性能芯片里的晶体管沟道宽度只有大约 15 至 18 个原子这么窄！ Karapetyan 说这种尺寸下几乎每一个原子的位置都很要紧。还记得早期晶体管大多是平面布局的吗？不过随着尺寸逼近物理极限，业界就转向了三维堆叠结构。 David Muller 回忆起自己在贝尔实验室工作的日子（1997 至 2003 年），当时就研究过如何限定晶体管缩小尺寸的物理因素。他现在依然活跃在科研第一线呢！ 先进电子显微技术一直在不断进化，这次研究就是依托这种高分辨率三维电子成像方法。这个方法还用到了由他所在课题组参与开发的电子显微像素阵列探测器（EMPAD）。EMPAD 的精度可是被吉尼斯世界纪录认定为实现了迄今分辨率最高的原子级成像呢！ Samuel B. Eckert 讲席教授 David Muller 和现任 ASM 技术副总裁 Glen Wilk 还曾合作研究过以高介电常数的氧化铪（HfO₂）替代二氧化硅作为栅极材料。他们当年发表的论文曾被半导体业内广泛研读。 David Muller 和 Glen Wilk 在 25 年后再度联手，把 EMPAD 技术应用到了当代前沿半导体结构上。 既然这种成像技术这么牛，《自然·通讯》上的论文也这么震撼人心，未来高端芯片的调试和良率提升肯定也会有更大的发挥空间！ 这一研究把康奈尔大学、台积电（TSMC）和半导体设备厂商 ASM 都给紧密联系起来了！ 如今高性能芯片里的晶体管沟道宽度只有大约 15 至 18 个原子这么窄！Karapetyan 直言这样的尺寸下几乎每一个原子的位置都很要紧。 回顾半导体技术发展早期，晶体管大多以平面方式布局，在芯片表面横向展开。不过随着尺寸逼近物理极限，业界就转向了三维堆叠结构。 高性能芯片里的晶体管沟道宽度只有大约 15 至 18 个原子这么窄！Karapetyan 直言这样的尺寸下几乎每一个原子的位置都很要紧。 现代半导体器件中，晶体管是控制电流开关的核心单元。其沟道区域就像一根给电子“走路”的微型管道。Muller 形容如果这根“管道”的内壁很粗糙，就会阻碍电子流动。 所以精确测量沟道壁的粗糙程度、分辨哪些区域“好”、哪些“坏”在原子尺度下变得尤为关键。现代器件的制备往往要经历数百甚至上千道化学刻蚀、沉积与热处理步骤。 每一步都会对最终结构产生影响。以往只能依靠投影成像“猜测”内部发生了什么。而现在则可在若干关键步骤后直接“看”到结构变化！ 由于从智能手机、汽车到人工智能数据中心和量子计算机都依赖先进芯片，这一进展有望在整个信息产业链条产生广泛影响。 这种直接可视化原子缺陷的能力不仅对智能手机、笔记本电脑、大型数据中心等常规应用有影响，还能帮助下一代量子计算系统。 还有你别忘了 David Muller 和 Glen Wilk 在贝尔实验室期间合作研究过以高介电常数的氧化铪（HfO₂）替代二氧化硅作为栅极材料呢！当年他们发表的论文被广泛研读过。 还有在现代半导体器件中，晶体管是控制电流开关的核心单元！其沟道区域就像一根给电子“走路”的微型管道。Muller 形容如果这根“管道”的内壁很粗糙就会阻碍电子流动！所以精确测量沟道壁的粗糙程度、分辨哪些区域“好”、哪些“坏”在原子尺度下变得尤为关键！还有高性能芯片里的晶体管沟道宽度只有大约 15 至 18 个原子这么窄！Karapetyan 直言这样的尺寸下几乎每一个原子的位置都很要紧。 当然这个研究还有台积电（TSMC）和半导体设备厂商 ASM 这两大巨头参与进来呢！他们还用到了由David Muller所在课题组参与开发的电子显微像素阵列探测器（EMPAD），EMPAD 的精度被吉尼斯世界纪录认定为实现了迄今分辨率最高的原子级成像。现在EMPAD又被应用到当代前沿半导体结构上！ 所以说《自然·通讯》上这篇论文确实很震撼人心！无论是在基础科学研究还是工艺工程控制上都将有更大的发挥空间！ 除了上述信息外还要注意一下Samuel B. Eckert讲席教授 David Muller在这个项目中是负责人哦！还有Glen Wilk是现任 ASM 技术副总裁、康奈尔校友 Glen Wilk呢！以及Samuel B. Eckert讲席教授 David Muller、现任 ASM 技术副总裁 Glen Wilk以及Shake Karapetyan都是本项研究的重要参与者哦！