• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Skrapa ytan:Realtidsövervakning av ytförändringar på atomnivå

    Ett team av forskare vid Aix Marseille Université i Marseille, Frankrike under ledning av Dr. Frédéric Leroy utvecklade en teknik som gör att de kan följa fysiska processer som sker på materialytor på atomnivå på plats och i realtid. Denna nya process gjorde det möjligt för forskargruppen att studera kinetiken för nedbrytning av ett tunt lager av kiseldioxid avsatt på kisel under en termisk behandling, en kritisk komponent inom mikroelektronik. Metoden bygger på principerna för elektronmikroskopi.

    Kiseldioxid är en av mikroelektronikens viktigaste byggstenar och dess termiska stabilitet är avgörande för enhetens prestanda. Nedbrytningen av ett tunt lager kiseldioxid på kisel har varit i fokus för stort vetenskapligt intresse i fyra decennier. Tidigare studier visar att nedbrytningen sker ohomogent vid ytan via lokal bildning av hål i oxidskiktet som sträcker sig i sidled. Att förstå de elementära atomprocesser som är ansvariga för öppningshastigheten för dessa hål är nödvändigt för att förbättra kiseloxidens prestanda.

    För att forskargruppen ska uppnå en bättre förståelse av nanomaterialegenskaper, avancerade karaktäriseringsverktyg behövdes.

    "Vi behövde kunna karakterisera det strukturella (kristallografi, storlek, form) och de kemiska egenskaperna samtidigt och för att kunna följa in situ och i realtid förändringarna under en given process för en snabb återkoppling på de experimentella parametrarna, " Leroy förklarade. "Vår metod baserad på lågenergielektronmikroskopi är hörnstenen i våra prestationer."

    Dock, även med det nya instrumentet, laget stötte på utmaningar. Att få realtidsmätningar av den termiska nedbrytningen av kiseldioxiden var särskilt svårt eftersom hela processen sker på bara några minuter i ett smalt temperaturfönster.

    "Det var omöjligt att justera alla kontrollparametrar för elektronmikroskopet innan nedbrytningsprocessen startade eftersom kiseldioxid är amorf, så vi var tvungna att finjustera inställningarna inom några sekunder så fort oxiden sönderdelas för att karakterisera hela processen, " förklarade Leroy.

    Dock, den noggranna mätningen gav några överraskande resultat. Leroy och hans forskargrupp fann experimentella bevis för att nedbrytningsprocessen från början inte var i en steady state-regim som tidigare studier hade hävdat.

    "Våra resultat antyder att den konventionella synen på en steady state-regim för kiseldioxidnedbrytning relaterad till en förenklad reaktion Si+SiO2-> 2SiO(g) som förekommer vid hålkanten är inte generellt sant, " sa Leroy. Istället, Teamets resultat antyder att kiseldioxidnedbrytning sker via hålkärnbildning och öppning med en cirkulär form. Hålens öppningshastighet är intimt relaterad till nedbrytningshastigheten för kiseldioxid vid hålens periferi. Initialt, stora hål öppnas snabbt tack vare en kemisk reaktion katalyserad av arter som Si-hydroxyler som finns inuti hålet. Forskare misstänker att dessa arter agglomererar under lång termisk glödgning och frigörs inuti hålen under kiseldioxidnedbrytningen.

    De huvudsakliga tillämpningarna av detta arbete är inom mikroelektronik, speciellt alla steg av termiska behandlingar.

    "Vi har visat att kiseldioxiden som bildas av en våtkemisk behandling är mycket defekt efter en lång termisk glödgning, "Nästa steg i vår forskning är att studera samspelet mellan kemiska reaktioner och förbättringen av nanostrukturers rörlighet."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com