De mogelijkheid om in siliciumchips te kijken om hun kleine werkende delen te zien, zonder de chips te beschadigen, komt een stap dichterbij dankzij een internationaal team onder leiding van wetenschappers van het LCN.

De groep bij het LCN, onder leiding van dr. Neil Curson, hebben aangetoond dat ze afbeeldingen kunnen genereren van kleine driedimensionale componenten gemaakt van fosforatomen, die volledig onzichtbaar zijn voor alle andere beeldtechnologieën.

Opmerkelijk, de foto's van deze componenten werden verkregen ondanks het feit dat de componenten de grootte hadden van slechts enkele tientallen atomen, waren atomair dun en werden begraven onder het oppervlak van de chip. Een nauwkeurige kwantitatieve bepaling van de locatie van de begraven componenten werd verkregen, samen met bepaalde elektrische eigenschappen. Deze doorbraak is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

De onderdelen die zijn onderzocht, waaronder een driedimensionale kriskras van metalen fosforstrepen, zijn ontworpen en vervaardigd door LCN-promovendus Alex Kölker. Hij gebruikte een superscherpe metalen naald om patronen te schrijven in een enkele laag waterstofatomen die op het oppervlak van een siliciumchip lag, het creëren van een sjabloon van een gewenste vorm. Door een chemische reactie te veroorzaken tussen het oppervlak van de chip en het fosfinegas, fosforatomen werden in het oppervlak geschreven, in de vorm van de sjabloon. De fosforstructuren werden vervolgens begraven met meer silicium om het apparaat te voltooien.

Een recent ontwikkelde scanning microgolfmicroscoop werd gebruikt om foto's te maken van de componenten, verkregen met onze medewerkers aan de Johannes Kepler University, onder leiding van Georg Gramse, en door Keysight Technologies (Oostenrijk), Paul Scherrer Instituut, ETH Zürich en EPF Lausanne (Zwitserland). De microscoop werkt door het focussen van microgolven (zoals die van een magnetron), aan het uiteinde van een metalen punt dat tegen het oppervlak van de chip wordt geduwd. De microgolven worden in een chip gebakken, vervolgens terugkaatsen van de begraven componenten, gemeten, en gebruikt om een ​​afbeelding te maken.

Volgens Dr. Curson "is het werk potentieel van wereldwijde betekenis omdat siliciumchips zo geavanceerd en ingewikkeld worden dat het maken van snapshots van hun kleinste werkende delen ongelooflijk moeilijk en tijdrovend is, en omvat momenteel het vernietigen van de chip. Als we alle componenten van een chip gemakkelijk zouden kunnen zien, in een niet-destructief landhuis, het zou een game-changer zijn. Wat we hebben gedaan, is een grote stap in die richting. Dergelijke technologieën worden ook belangrijk voor overheden die willen weten wat er in de buitenlandse elektronica zit die ze gebruiken!"

"Een andere belangrijke toepassing van onze beeldtechnologie is het assisteren bij de fabricage van fosfor-in-silicium kwantumcomputers, die het potentieel hebben om computergebruik volledig te revolutioneren, indien gerealiseerd."

Dr. Ferry Kienberger van Keysight Technologies zegt:"Ons bedrijf ziet dit werk als een belangrijke doorbraak in het aantonen dat scanning microscopie de weg vooruit is voor de karakterisering van de volgende generatie elektrische apparaten en kwantumcomponenten in silicium."

De hier gedemonstreerde mogelijkheden zijn transformerend voor niet-invasieve diagnostiek van elektrische componenten op atomaire schaal die de volgende generatie "klassieke" en kwantumapparaten zullen vormen.