Een onderzoekssamenwerking tussen Osaka University en het Nara Institute of Science and Technology gebruikte voor het eerst scanning tunneling microscopie (STM) om afbeeldingen te maken van atomair vlakke zijoppervlakken van 3D-siliciumkristallen. Dit werk helpt halfgeleiderfabrikanten om te blijven innoveren terwijl ze kleinere, sneller, en energiezuinigere computerchips voor computers en smartphones.

Onze computers en smartphones zijn elk geladen met miljoenen kleine transistors. De verwerkingssnelheid van deze apparaten is in de loop van de tijd enorm toegenomen naarmate het aantal transistors dat op een enkele computerchip past, blijft toenemen. Op basis van de wet van Moore, het aantal transistors per chip zal ongeveer elke 2 jaar verdubbelen, en op dit gebied lijkt het stand te houden. Om dit tempo van snelle innovatie bij te houden, computerfabrikanten zijn voortdurend op zoek naar nieuwe methoden om elke transistor steeds kleiner te maken.

Huidige microprocessors worden gemaakt door patronen van circuits toe te voegen aan platte siliciumwafels. Een nieuwe manier om meer transistors in dezelfde ruimte te proppen, is door 3D-structuren te fabriceren. Fin-type veldeffecttransistoren (FET's) worden zo genoemd omdat ze vinachtige siliciumstructuren hebben die zich in de lucht uitstrekken, van het oppervlak van de chip. Echter, deze nieuwe methode vereist een siliciumkristal met een perfect vlakke bovenkant en zijvlakken, in plaats van alleen het bovenoppervlak, net als bij de huidige apparaten. Het ontwerpen van de volgende generatie chips vereist nieuwe kennis van de atomaire structuren van de zijvlakken.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Osaka University en het Nara Institute of Science and Technology melden dat ze STM voor het eerst hebben gebruikt om het zijoppervlak van een siliciumkristal in beeld te brengen. STM is een krachtige techniek waarmee de locaties van de individuele siliciumatomen kunnen worden gezien. Door een scherpe punt heel dicht langs het monster te halen, elektronen kunnen over de opening springen en een elektrische stroom opwekken. De microscoop bewaakte deze stroom, en bepaalde de locatie van de atomen in het monster.

"Onze studie is een grote eerste stap in de richting van de atomair opgeloste evaluatie van transistors die zijn ontworpen om 3D-vormen te hebben, " zegt medeauteur Azusa Hattori.

Om de zijvlakken zo glad mogelijk te maken, de onderzoekers behandelden de kristallen eerst met een proces dat reactieve ionenetsing wordt genoemd. Co-auteur Hidekazu Tanaka zegt:"Ons vermogen om direct naar de zijoppervlakken te kijken met behulp van STM bewijst dat we kunstmatige 3D-structuren kunnen maken met een bijna perfecte atomaire oppervlakteordening."