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通過采用無損檢測成像技術，來自德國卡爾斯魯厄理工學院（Karlsruhe Institute of Technology，KIT）的一個研究小組成功獲得了晶體材料內部的三維圖像。他們檢測出了線狀缺陷，并證明了該缺陷在很大程度上影響了晶體的位錯行為。這些所謂的位錯現象嚴重阻礙了計算機芯片的正常生產。據《Physical Review Letters（物理評論快報）》報道，該研究小組是將兩種X射線成像方法與一種特殊類型的光學顯微鏡相結合進行的研究。
即使硅晶片中只含有少數的位錯也會導致有缺陷的計算機芯片產生，從而導致最終生產的芯片變為不合格產品。卡爾斯魯厄理工學院光子科學與同步輻射研究所的物理學家Daniel H?nschke博士說道：“因此，理解一個微小的機械表面缺陷在受到加工影響（例如熱影響）時，是如何傳播到晶體的內部深處，這是非常重要的問題”。
對半導體芯片進行加工處理時，一個小小的表面缺陷也可能會導致在晶片內部更大的區域上產生更大的缺陷；圖片來源：德國卡爾斯魯厄理工學院
他帶領的研究團隊成功精確測量了位錯，并研究了它們之間在受到/不受到外界影響時的相互作用。研究人員分析了單個表面缺陷是如何擴散到六邊形缺陷當中，而完全未損壞的區域可能仍然處于這種三維網絡的中心。H?nschke博士指出：“由此產生的集體運動可能會減小晶片的表面積區域，并可能形成臺階，這也許會對微結構的形成和功能產生不利影響”。
結合數學模型計算，研究結果可以更好地幫助人們理解基本的物理原理。“到目前為止，研究人員使用的模型主要是基于電子顯微鏡在非常小的晶體樣品中測量得到的數據，”另一位團隊成員Elias Hamann博士解釋道：“我們的方法也可以應用于研究大型的扁平晶體，如商用圓形晶片等。這是目前可用于確定微小的原始缺陷損傷和由此產生的晶體位錯之間細節關系的唯一方法，這可能會有助于人們在生產制造過程中盡量避免出現重大缺陷的問題”。
這種新型的測量方法結合了卡爾斯魯厄理工學院的KARA同步加速器的X射線技術、格勒諾布爾的ESRF歐洲同步加速器以及CDIC光學顯微鏡技術。所獲得的測試結果將有助于改善現有的缺陷形成和缺陷擴展預測模型，并提供關于如何優化計算機芯片制造工藝的一些重要指示。
目前，在晶片表面上每平方厘米區域內安置的晶體管數量已經達到了幾十億，并且還呈現出不斷增加的趨勢。所以，哪怕是晶體上和晶體中存在最小的缺陷，也可能會導致數以千計的這些小電路的失效，進而導致相應的芯片失效，無法繼續使用。因此，未來進一步降低芯片中的缺陷率是業界始終關注的熱點。
來源：德國卡爾斯魯厄理工學院 譯者：Vince 譯自：ecnmag 轉載自：“無損檢測NDT”微信公眾號
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