Кремниевые технологии — основа современной электроники, но до сих пор не было способа быстро, без разрушения и контакта изучить, что происходит внутри микросхем.

Ученые из Университета Окаямы, Университета Райса и Samsung придумали, как это сделать.

Они использовали фемтосекундный лазер — он создает сверхкороткие импульсы света — чтобы «подсветить» PN-переходы в кремнии.

Когда лазер попадает на границу между p- и n-слоями, возникают терагерцовые волны (ТГц).

Их можно измерить и понять, где именно находится переход, с точностью до нанометров.

PN-переход — граница между двумя типами кремния: p-типа (где есть «дырки» — положительные носители заряда) и n-типа (с избытком электронов). Это основа диодов и транзисторов.

Результаты опубликованы в издании Light Science & Applications.

Раньше думали, что для кремния такой метод не подойдет — лазер проникает слишком глубоко, — говорит доктор Мураками. — Но оказалось, если правильно подобрать длину волны, можно изучать даже самые тонкие слои.

Профессор Тоноучи добавляет:

Терагерцовые волны рождаются из-за сложного движения электронов, но если упростить модель, все становится наглядно. Теперь мы можем буквально «видеть» PN-переходы, не разрезая чип.

Этот метод поможет контролировать качество чипов на производстве без лишних затрат и брака.

Польза исследования

Для производства:

• Снижение затрат — не нужно разрушать образцы для проверки.
• Ускорение тестирования — результаты в реальном времени.
• Повышение выхода годных чипов — брак ловится раньше.

Для науки:

• Новые данные о поведении носителей заряда в наноструктурах.
• Возможность изучать 3D-чипы, которые невозможно «разобрать» физически.

Однако метод требует точной настройки лазера и сложного оборудования. Пока он работает только для Si — для GaN или SiC придется разрабатывать отдельные решения. Кроме того, глубина анализа ограничена: слишком толстые слои или многослойные структуры могут «запутать» сигнал.

Ранее ученые создали самый маленький точный лазер.