Ett forskningssamarbete mellan Osaka University och Nara Institute of Science and Technology använde för första gången scanning tunneling microscopy (STM) för att skapa bilder av atomärt plana sidoytor av 3D-kiselkristaller. Detta arbete hjälper halvledartillverkare att fortsätta att förnya sig samtidigt som de producerar mindre, snabbare, och mer energieffektiva datorchips för datorer och smartphones.

Våra datorer och smartphones är alla laddade med miljontals små transistorer. Bearbetningshastigheten för dessa enheter har ökat dramatiskt över tiden eftersom antalet transistorer som får plats på ett enda datorchip fortsätter att öka. Baserat på Moores lag, antalet transistorer per chip kommer att fördubblas ungefär vartannat år, och i det här området verkar det hålla i sig. För att hålla uppe denna takt av snabba innovationer, datortillverkare är ständigt på jakt efter nya metoder för att göra varje transistor allt mindre.

Nuvarande mikroprocessorer tillverkas genom att lägga till mönster av kretsar till platta kiselskivor. Ett nytt sätt att proppa fler transistorer i samma utrymme är att tillverka 3D-strukturer. Fälteffekttransistorer av fentyp (FET) är namngivna som sådana eftersom de har fenliknande kiselstrukturer som sträcker sig ut i luften, från chipets yta. Dock, denna nya metod kräver en kiselkristall med en perfekt platt topp och sidoytor, istället för bara den övre ytan, som med nuvarande enheter. Att designa nästa generation chips kommer att kräva ny kunskap om sidoytornas atomära strukturer.

Nu, forskare vid Osaka University och Nara Institute of Science and Technology rapporterar att de har använt STM för att avbilda sidoytan på en kiselkristall för första gången. STM är en kraftfull teknik som gör att de enskilda kiselatomernas placering kan ses. Genom att föra en vass spets mycket nära provet, elektroner kan hoppa över gapet och skapa en elektrisk ström. Mikroskopet övervakade denna ström, och bestämde platsen för atomerna i provet.

"Vår studie är ett stort första steg mot den atomiskt lösta utvärderingen av transistorer designade för att ha 3D-former, ", säger studiemedförfattaren Azusa Hattori.

För att göra sidoytorna så jämna som möjligt, forskarna behandlade först kristallerna med en process som kallas reaktiv jonetsning. Medförfattare Hidekazu Tanaka säger, "Vår förmåga att direkt titta på sidoytorna med STM bevisar att vi kan göra artificiella 3D-strukturer med nästan perfekt atomär ytordning."