科学家发明原子级透视镜 半导体缺陷无所遁形

7 月 7 日消息，美国密歇根州立大学 (MSU) 的物理学家们开发了一种新的方法，可以以原子尺度分析半导体。这种方法将高分辨率显微镜与超快激光结合起来，可以以前所未有的方式检测半导体的“缺陷”。

这项研究由密歇根州立大学杰里・考恩实验物理学资助讲座教授泰勒・科克尔 (Tyler Cocker) 领导，旨在克服长期存在的挑战。随着设备变得越来越小、功能越来越强大，能够检查设备组成材料的工具变得至关重要。

“这对于具有纳米级结构的组件尤其重要，”科克尔解释说。这项技术的应用范围可扩展到尖端的半导体技术发展，包括具有纳米级特征的计算机芯片和仅一个原子厚的工程材料。

这种新方法可以检测添加到砷化镓中的硅原子，砷化镓在雷达系统、高效率太阳能电池和现代电信设备中至关重要，这些硅原子在调节电子穿过半导体的运动中起着至关重要的作用。

尽管理论物理学家已经研究了这种类型的缺陷数十年，但单个原子的实验检测到目前为止一直难以实现。“对于电子来说，硅原子基本上看起来就像一个深坑，”科克尔解释道。

密歇根州立大学的研究团队结合了扫描隧道显微镜 (STM) 和太赫兹频率的激光脉冲。这些脉冲每秒钟会“上下颤动”一万亿次，这种组合创造了一个对缺陷敏感的探针。

当 STM 探针遇到硫化镓表面上的硅缺陷时，会在测量数据中产生一个明显的强烈信号。将探针移动一个原子，信号就会消失。

随着半导体器件不断缩小，理解和控制原子尺度的缺陷对于器件的性能和稳定性变得很重要。

科克尔的团队已经将他们的方法应用于检查石墨烯纳米线等原子级超薄材料，“我们正在进行许多开放式项目，使用这种技术研究更多材料和更奇特的材料，”他说，“我们基本上将它融入我们所做的所有事情中，并将其作为一种标准技术来使用。”

这种方法相对简单且用途广泛，使其成为全球研究人员的一种有吸引力的工具。此外，其他以各种方式结合扫描隧道显微镜和太赫兹光的团队显著增加了跨材料领域发现更多新材料的可能性。

该团队的研究成果发表在期刊《自然光子学》上。