Met behulp van niet-destructieve beeldvormingsmethoden, een team van wetenschappers van het KIT verkrijgt driedimensionale inzichten in het inwendige van kristallen. Ze bepalen belangrijke gegevens over lijnvormige defecten die het vervormingsgedrag van kristallen grotendeels beïnvloeden. Deze zogenaamde dislocaties belemmeren de productie van computerchips. Zoals gemeld in de Fysieke beoordelingsbrieven , de wetenschappers combineren twee röntgenmethoden met een speciaal type lichtmicroscopie.

Zelfs een paar dislocaties in siliciumwafels kunnen leiden tot defecte computerchips en, Vandaar, tot ongewenste productieafwijzingen. "Het is daarom belangrijk om te begrijpen hoe een klein mechanisch oppervlaktedefect zich voortplant in de diepte van het kristal onder typische proceseffecten, zoals warmte, " zegt Dr. Daniel Hänschke, natuurkundige van KIT's Institute for Photon Science and Synchrotron Radiation. Zijn team is erin geslaagd om dislocaties nauwkeurig te meten en hun interacties met elkaar en met externe effecten te bestuderen. De wetenschappers analyseerden hoe een enkel oppervlaktedefect zich verspreidt in een armada van hexagonale defectlijnen, terwijl volledig onbeschadigde gebieden in het centrum van zo'n driedimensionaal netwerk kunnen blijven. "De resulterende collectieve beweging kan grote oppervlakken aan de andere kant van de wafer verhogen of verlagen en de vorming van stappen veroorzaken, die de fabricage en functie van microstructuren nadelig kunnen beïnvloeden, " merkt Hänschke op.

Gecombineerd met wiskundige modelberekeningen, de resultaten laten toe om de onderliggende fysische principes beter te begrijpen. "Modellen die tot nu toe zijn gebruikt, zijn voornamelijk gebaseerd op gegevens gemeten door elektronenmicroscopie in zeer kleine kristalmonsters, "Dr. Elias Hamann, een ander lid van het team, verklaart. "Onze methode kan ook worden toegepast om grote, platte kristallen, zoals in de handel verkrijgbare wafels, " voegt hij eraan toe. "Dit is de enige manier om gedetailleerde relaties te bepalen tussen de initiële, minimale oorspronkelijke schade en de resulterende uitgebreide kristalvervormingen die grote problemen kunnen veroorzaken ver weg van het begin van het defect."

De nieuwe meetmethode combineert röntgentechnieken bij de KARA-synchrotron van KIT en de ESRF Europese synchrotron in Grenoble met zogenaamde CDIC-lichtmicroscopie. De verkregen bevindingen zullen helpen bij het verbeteren van bestaande modellen voor de prognose van defectvorming en defectpropagatie en, Vandaar, geven aan hoe het fabricageproces van computerchips kan worden geoptimaliseerd. Het aantal transistoren dat op een vierkante centimeter van een wafeloppervlak is gerangschikt, loopt al op tot enkele miljarden, met toenemende tendens. Zelfs de kleinste defecten aan en in het kristal kunnen ervoor zorgen dat duizenden van deze kleine circuits uitvallen en de bijbehorende chips onbruikbaar worden. De industrie is zeer geïnteresseerd in het verder minimaliseren van het aantal defecten in de toekomst.