Forskare från University of Twentes MESA+ Research Institute har utvecklat en metod för att studera individuella defekter i transistorer. Alla datorchips, som var och en består av ett stort antal transistorer, innehåller miljontals mindre "brister".

Tidigare var det bara möjligt att studera dessa brister i stort antal. Dock, Grundforskning utförd av forskare vid University of Twente har nu gjort det möjligt att zooma in på defekter och studera dem individuellt. I sinom tid, denna kunskap kommer att vara mycket relevant för den fortsatta utvecklingen av halvledarindustrin. Forskningsresultaten publicerades idag i Vetenskapliga rapporter .

Datorchips innehåller vanligtvis många extremt små defekter. Det är ofta så många som tio miljarder defekter per kvadratcentimeter. Huvuddelen av dessa defekter orsakar inga problem i praktiken, men det stora antalet inblandade innebär enorma utmaningar för branschen. Detta är bara ett av hindren för ytterligare miniatyrisering av chips, baserad på befintlig teknik. Det är, därför, viktigt för att få en detaljerad förståelse för hur dessa defekter uppstår, var de finns, och hur de beter sig. Hittills har det varit omöjligt att studera individuella defekter, på grund av det stora antalet defekter på varje chip, och det faktum att täta defekter påverkar varandra. Av denna anledning, defekterna studerades alltid i ensembler på flera miljoner åt gången. Dock, detta tillvägagångssätt lider av nackdelen att det bara ger en begränsad mängd information om enskilda defekter.

Huvudkran

En grupp forskare vid University of Twente under ledning av Dr Floris Zwanenburg har nu utvecklat en smart metod som, äntligen, gör det möjligt att studera individuella defekter i transistorer. Arbetar i University of Twentes NanoLab, forskarna skapade först chips som innehöll elva elektroder. Dessa bestod av en grupp av tio elektroder 35 nanometer breda och, ligger vinkelrätt ovanför dem, en enda elektrod 80 nanometer lång (en nanometer är en miljon gånger mindre än en millimeter). Dr Zwanenburg jämför dessa elektroder med kranar – inte för vatten, men för elektroner - som forskarna kan slå på och av. Forskarna slår först på den långa elektroden, "stoppkranen". Vid en temperatur på -270 grader Celsius, de öppnar eller stänger sedan de andra "kranarna". Detta gör det möjligt för dem att lokalisera "läckorna", eller – med andra ord – identifiera elektroderna under vilka defekterna finns. Det visade sig att det fanns läckor under varenda elektrod.

Neutralisering av defekterna

I ett efterföljande steg, forskarna kunde neutralisera mer än åttio procent av defekterna genom att värma chipsen till 300 grader Celsius, i en ugn fylld med argon. I vissa fall, det fanns bara en enda defekt under en given elektrod. Efter att ha minskat densiteten av defekter i materialet, forskarna kunde sedan studera individuella defekter. Floris Zwanenburg förklarar att "Beteendet hos enskilda defekter är av stor vikt, eftersom det kommer att förbättra vår förståelse av defekter i samtida elektronik. Självklart, elektroniken i fråga fungerar i rumstemperatur och inte vid de extremt låga temperaturer som används i vår studie. Ändå, detta är ett viktigt steg för grundforskning och, i sista hand, för vidareutveckling av modern IC-teknik."