Tänk om vi kunde göra ett kraftfullt vetenskapligt verktyg ännu bättre? Atomsondstomografi (APT) är ett kraftfullt sätt att mäta gränssnitt i en skala som är jämförbar med avståndet mellan atomer i fasta ämnen. Den har också en kemisk känslighet på mindre än 10 ppm. Dock, det fungerar inte så bra som det skulle kunna. Forskare använde "elektronglas" för att korrigera aberrationer i APT-data. Nu, forskare har en extremt noggrann, exakt metod för att mäta avstånden mellan gränssnitt i vitala halvledarstrukturer. Dessa strukturer inkluderar ett kiselskikt (Si) inklämt av en kiselgermaniumlegering (SiGe).

Om den innehåller en dator eller använder radiovågor, den förlitar sig på en halvledare. För att göra bättre halvledare, forskare behöver bättre sätt att analysera de inblandade gränssnitten. Denna nya APT-metod erbjuder en exakt, detaljerad bild av gränssnittet mellan Si och SiGe. Den erbjuder data för att optimera gränssnittsintegriteten. Förbättrad kunskap om gränssnitten är nyckeln till att utveckla teknologier som använder halvledare.

När elektroniska enheter krymper, mer exakt halvledarsyntes och karakterisering behövs för att förbättra dessa enheter. APT kan identifiera atompositioner i 3D med subnanometerupplösning från detekterade förångade joner, och kan detektera dopningsfördelningar och lågnivå kemisk segregation vid gränssnitt; dock, tills nu, avvikelser har äventyrat dess noggrannhet. Faktorer som påverkar svårighetsgraden av avvikelser inkluderar sekvensen från vilken gränssnittsmaterialen förångas (till exempel, SiGe till Si kontra Si till SiGe) och bredden på det nålformade provet från vilket materialet förångas (till exempel, ju större mängd material som analyseras, desto större avvikelser). Det finns flera fördelar med att förstå den kemiska sammansättningen på subnanometernivå av ett material med APT. Till exempel, APT är 100 till 1, 000 gånger kemiskt känsligare än den traditionella gränssnittsmätningstekniken, sveptransmissionselektronmikroskopi (STEM). Dessutom, eftersom APT är en flygtid, sekundär jonmasspektrometrimetod, den är överlägsen för att detektera lättviktsdopämnen och dopämnen med liknande atomnummer som huvuddelen, såsom fosfor i Si. I detta experiment, forskare vid Oak Ridge National Laboratory och HRL Laboratories, LLC bedömde förmågan hos APT att noggrant mäta SiGe/Si/SiGe-gränssnittsprofiler genom att jämföra APT-resultat med de för STEM-mätningar med optimerad atomupplösning från samma SiGe/Si/SiGe-prov. Utan att tillämpa en bearbetningsmetod för rekonstruktion efter APT, de uppmätta Si/SiGe-gränssnittsbredderna mellan APT- och STEM-datauppsättningar matchar dåligt. Avvikelser skapar densitetsvariationer i APT-datauppsättningen som inte finns i materialet. Tillämpade en algoritm för att korrigera densitetsvariationer som är normala mot gränssnittet (dvs. i z-riktningen) för APT-data, vilket resulterade i exakta gränssnittsprofilmätningar. Forskare kan använda denna exakta metod för att karakterisera SiGe/Si/SiGe-gränssnittsprofiler för att konsekvent mäta samma gränssnittsbredd med en precision nära 1 Ångström (det vill säga, en bråkdel av avståndet mellan två atomer). Denna kunskap kan användas för att förbättra många halvledarenheter med Si/SiGe eller liknande gränssnitt.