Markerna som driver vardagliga elektroniska prylar som persondatorer och smartphones tillverkas i halvledartillverkningsanläggningar. Dessa anläggningar använder kraftfulla transmissionselektronmikroskop. Även om de kan se fysiska strukturer mindre än en miljarddels meter, Dessa mikroskop har inget sätt att se den elektroniska aktivitet som får enheterna att fungera.

Det kan snart förändras, tack vare en ny bildteknik utvecklad av UCLA och University of Southern California forskare. Detta framsteg kan göra det möjligt för forskare och ingenjörer att titta på och förstå den elektroniska aktiviteten inuti arbetsenheter, och i slutändan förbättra deras funktionalitet.

Studien, som publicerades online i Fysisk granskning tillämpad , leddes av Chris Regan, UCLA -professor i fysik och astronomi och medlem i California NanoSystems Institute.

Den nya metoden visar detaljer som traditionella metoder med elektronmikroskop inte fångar, samtidigt som de avslöjar elektroniska tillstånd i ett prov - tidigare omöjligt att använda sådana mikroskop.

"Självklart vill du hellre titta på levande enheter, "Sa Regan." Vi vill se vad som gör en enhet levande i elektronisk mening, och standardtekniker kan inte. "

En elektronisk enhet kan jämföras med den mänskliga hjärnan. Hjärnan fotograferas vanligtvis via röntgenstrålar, som ger en exakt bild av dess fysiska struktur.

"Det händer mycket mycket subtil fysik och kemi i din hjärna, och om du tog en bild, du skulle inte se något av det, "Sa Regan." Bilden saknar några mycket dramatiska saker som gör din hjärna till en intressant plats. "

Tekniken som han och hans team skapade liknar mindre röntgenbildning, och mer som de funktionella MRI - eller fMRI - testerna som neurovetenskapare använder för att spåra blodflödet i hjärnan.

"Med fMRI, du kan se de delar som lyser upp som används, "Sa Regan." Det ger dig en inblick i hur hjärnan fungerar. Liknande, vår teknik låter dig se saker som förändras när en elektronisk enhet fungerar. "

Elektronmikroskop använder elektronstrålar för att hjälpa forskare att "se" ett föremål. I den här studien, forskarna kopplade ett skanningsöverföringselektronmikroskop, eller STEM, och elektronstråleinducerad strömavbildning, känd som EBIC imaging.

EBIC -avbildning använder en förstärkare för att mäta den elektriska strömmen i ett prov som utsätts för ett mikroskops elektronstråle. Denna teknik, demonstrerades första gången på 1960 -talet, är användbart för att visa det elektriska fältet inbyggt i vissa enheter som solceller. Men i det här fallet, forskarna tittade på enheter som saknade inbyggda elektriska fält.

Skaffa både standardskanningsmikroskopbilder och EBIC -bilder, forskarna undersökte ett enkelt par elektroder. EBIC -bilderna producerade tidigare osynlig upplösning och kontrast. Denna metod visade vilken elektrod som fick ström, och till och med tagit fram en detaljerad karta över elektrodernas konduktivitet.

"När vi började utveckla denna teknik, vi tittade på prover där det finns en mycket subtil fysisk förändring men en enorm elektronisk förändring, "sa William Hubbard, en postdoktor i Regans laboratorium och första författare till studien. "Vi såg riktigt intressant kontrast som du inte kan komma på något annat sätt."

För att förstå mekanismen på jobbet, laget använde två förstärkare för att spela in två EBIC -mätningar - en annan innovation - och fann att EBIC -avbildning tog upp svaga signaler från sekundära elektroner. Denna känslighet tillät dem att visualisera inte bara var elektroner är, men där de inte är - grundläggande element i strömflödet i ett chip.

Datornas rikedom överraskade även forskarna när de först använde tekniken.

"Vi såg något väldigt oväntat som gjorde oss otroligt glada, "Sa Hubbard." Så jag skulle säga att det fungerade bättre än vi förväntat oss. "

Att producera provskivor som är tillräckligt tunna för avbildning med transmissionselektronmikroskopi gör att samtliga chips inte fungerar. Men, som komponenter blir mindre och tunnare med tiden, denna forskning kan öppna upp nya möjligheter för att förstå vad som händer i framtidens konsumentenheter.