Wetenschappers van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente hebben een methode ontwikkeld om individuele defecten in transistoren te bestuderen. Alle computerchips, die elk bestaan ​​uit enorme aantallen transistors, miljoenen kleine 'foutjes' bevatten.

Voorheen was het alleen mogelijk om deze gebreken in grote aantallen te bestuderen. Echter, fundamenteel onderzoek van UT-wetenschappers maakt het nu mogelijk om in te zoomen op defecten en deze individueel te bestuderen. Te zijner tijd, deze kennis zal zeer relevant zijn voor de verdere ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie. De onderzoeksresultaten zijn vandaag gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Computerchips bevatten doorgaans talrijke uiterst kleine defecten. Er zijn vaak wel tien miljard defecten per vierkante centimeter. De meeste van deze gebreken veroorzaken in de praktijk geen problemen, maar de grote aantallen die ermee gemoeid zijn, stellen de industrie voor enorme uitdagingen. Dit is slechts een van de belemmeringen voor de verdere miniaturisering van chips, gebaseerd op bestaande technologie. Het is, daarom, essentieel om een ​​gedetailleerd inzicht te krijgen in hoe deze defecten ontstaan, van waar ze zich bevinden, en hoe ze zich gedragen. Tot nu toe was het onmogelijk om individuele defecten te bestuderen, vanwege het grote aantal defecten op elke chip, en het feit dat dicht bij elkaar liggende defecten elkaar beïnvloeden. Om deze reden, de gebreken werden altijd bestudeerd in ensembles van enkele miljoenen tegelijk. Echter, deze benadering heeft het nadeel dat deze slechts een beperkte hoeveelheid informatie over individuele defecten oplevert.

Hoofdkraan

Een groep UT-onderzoekers onder leiding van dr. Floris Zwanenburg heeft nu een slimme methode ontwikkeld die, eindelijk, maakt het mogelijk om individuele defecten in transistoren te bestuderen. Werkzaam in het NanoLab van de Universiteit Twente, de onderzoekers maakten eerst chips met elf elektroden. Deze bestonden uit een groep van tien elektroden van 35 nanometer breed en, loodrecht boven hen gelegen, een enkele elektrode van 80 nanometer lang (een nanometer is een miljoen keer kleiner dan een millimeter). Dr. Zwanenburg vergelijkt deze elektroden met kranen – niet voor water, maar voor elektronen – die de onderzoekers aan en uit kunnen zetten. De onderzoekers zetten eerst de lange elektrode aan, de 'stopkraan'. Bij een temperatuur van -270 graden Celsius, ze openen of sluiten dan de andere 'kranen'. Hierdoor kunnen ze de 'lekken' lokaliseren, of - met andere woorden - identificeer de elektroden waaronder defecten zich bevinden. Het bleek dat er onder elke elektrode lekkage was.

De gebreken neutraliseren

In een volgende stap, de onderzoekers konden meer dan tachtig procent van de defecten neutraliseren door de chips te verhitten tot 300 graden Celsius, in een oven gevuld met argon. In sommige gevallen, er was slechts een enkel defect onder een bepaalde elektrode. Nadat de dichtheid van defecten in het materiaal is verminderd, de onderzoekers konden vervolgens individuele defecten bestuderen. Floris Zwanenburg legt uit:"Het gedrag van individuele defecten is van groot belang, omdat het ons begrip van defecten in hedendaagse elektronica zal verbeteren. Natuurlijk, de elektronica in kwestie werkt bij kamertemperatuur en niet bij de extreem lage temperaturen die in ons onderzoek zijn gebruikt. Hoe dan ook, dit is een belangrijke stap voor fundamenteel onderzoek en, uiteindelijk, voor de verdere ontwikkeling van moderne IC-technologie."