Möjligheten att titta inuti silikonchips för att se deras små fungerande delar, utan att skada chipsen, är ett steg närmare tack vare ett internationellt team ledd av forskare vid LCN.

Gruppen på LCN, ledd av Dr Neil Curson, har visat att de kan generera bilder av små tredimensionella komponenter gjorda av fosforatomer, som är helt osynliga för alla andra bildtekniker.

Anmärkningsvärt, bilderna av dessa komponenter erhölls trots att komponenterna var storleken på bara några tiotals atomer, var atomärt tunna och begravdes under chipets yta. En noggrann kvantitativ bestämning av platsen för de nedgrävda komponenterna erhölls, tillsammans med vissa elektriska egenskaper. Detta genombrott publiceras i Vetenskapens framsteg .

Komponenterna som studerades, inklusive ett tredimensionellt kors av metalliska fosforränder, designades och tillverkades av LCN -doktoranden Alex Kölker. Han använde en superskarp metallnål för att skriva mönster i ett enda lager av väteatomer som låg på ytan av ett kiselchip, skapa en mall med önskad form. Genom att orsaka en kemisk reaktion mellan chipets yta och fosfingas, fosforatomer skrevs in i ytan, i form av mallen. Fosforstrukturerna begravdes sedan med mer kisel för att fullborda enheten.

Ett nyligen utvecklat mikrovågsmikroskop användes för att ta bilder av komponenterna, erhållits med våra medarbetare vid Johannes Kepler University, ledd av Georg Gramse, och av Keysight Technologies (Österrike), Paul Scherrer Institut, ETH Zürich och EPF Lausanne (Schweiz). Mikroskopet fungerar genom att fokusera mikrovågor (som de från en mikrovågsugn), till slutet av en metallspets som skjuts mot chipets yta. Mikrovågorna avfyras till chip, studsar sedan tillbaka från de nedgrävda komponenterna, mätt, och används för att konstruera en bild.

Enligt Dr Curson "Arbetet är potentiellt av global betydelse eftersom kiselchips blir så sofistikerade och invecklade att det är otroligt svårt och tidskrävande att ta ögonblicksbilder av deras minsta arbetsdelar, och innebär för närvarande att förstöra chipet. Om vi ​​enkelt kunde se alla komponenter i ett chip, i en oförstörande herrgård, det skulle vara en spelomvandlare. Det vi har gjort är ett stort steg mot just det. Sådan teknik blir också viktig för regeringar som är intresserade av att veta vad som finns inuti den utländska elektronik de använder!"

"En annan viktig tillämpning av vår bildteknologi är att hjälpa till vid tillverkningen av fosfor-i-kisel kvantdatorer, som har potential att revolutionera datoranvändning helt, om det förverkligas."

Dr Ferry Kienberger från Keysight Technologies säger "Vårt företag ser det här arbetet som ett stort genombrott när det gäller att visa att skanningsmikrovågsmikroskopi är vägen framåt för att karakterisera nästa generation av elektriska enheter och kvantkomponenter i kisel."

Förmågan som visas här är transformerande för icke-invasiv diagnostik av elektriska komponenter i atomskala som kommer att bilda nästa generation av "klassiska" och kvantenheter.