Hochauflösende 3D-Bildgebung enthüllt atomare 'Mouse-Bite'-Defekte in Halbleitern

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Dieses Bild zeigt die Silizium-, Siliziumdioxid- und Hafniumoxid-Schichten innerhalb eines Transistorkanals. (Bild: Cornell.edu)

Cornell-Forscher haben hochauflösende 3D-Bildgebung genutzt, um erstmals atomare Defekte in Computerchips zu detektieren, die deren Leistung sabotieren können.

Die Bildgebungsmethode, Ergebnis einer Zusammenarbeit mit Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) und Advanced Semiconductor Materials (ASM), könnte fast jede Form moderner Elektronik betreffen – von Smartphones und Automobilen bis zu KI-Rechenzentren und Quantencomputing.

Die Forschung wurde in Nature Communications veröffentlicht. Erstautor ist Doktorand Shake Karapetyan.

„Da es wirklich keine andere Möglichkeit gibt, die atomare Struktur dieser Defekte zu sehen, wird dies ein wirklich wichtiges Charakterisierungstool für Debugging und Fehlersuche in Computerchips sein, besonders in der Entwicklungsphase“, sagte David Muller, Samuel B. Eckert Professor of Engineering am Cornell Duffield College of Engineering, der das Projekt leitete.

Winzige Defekte, große Herausforderung

Winzige Defekte sind eine langjährige Herausforderung für die Halbleiterindustrie, besonders jetzt, da die Technologie zunehmend komplexer geworden ist, während die Komponenten auf atomare Skala geschrumpft sind.

Der Fokus der Studie und das Herz des Computerchips selbst ist der Transistor: der kleine Schalter, durch den elektrischer Strom über einen Kanal fließt, der durch ein elektrisches Gate geöffnet und geschlossen wird.

„Der Transistor ist wie ein kleines Rohr für Elektronen statt Wasser“, sagte Muller. „Man kann sich vorstellen, wenn die Wände des Rohrs sehr rau sind, wird das Dinge verlangsamen. Und so ist das Messen, wie rau die Wände sind und welche Wände gut und welche schlecht sind, jetzt noch wichtiger.“

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