Исследователи впервые визуализировали атомарные дефекты внутри транзисторов современных процессоров

Команда ученых из Корнеллского университета в сотрудничестве с инженерами TSMC и ASM представила передовой метод просвечивающей электронной микроскопии, позволяющий воссоздавать трехмерную конфигурацию атомных решеток внутри транзисторных каналов. Исследователям впервые удалось зафиксировать специфические дефекты — микроскопические неровности на границах раздела фаз, получившие метафорическое название «мышиные укусы».

В ходе экспериментов применялся специализированный матричный детектор EMPAD, сконструированный в стенах Корнелла. Устройство регистрирует угловое распределение рассеянных электронов с беспрецедентной точностью, что дает возможность реконструировать пространственное положение отдельных атомов в сложных многослойных архитектурах, состоящих из кремния, его диоксида и оксида гафния.

Визуализация атомных слоев кремния, диоксида кремния и оксида гафния в структуре канала транзистора. Изображение: Cornell University / Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69733-1

Проведенный анализ подтвердил, что структурные искажения возникают на этапе формирования каналов и оказывают деструктивное влияние на транспорт носителей заряда в полупроводниках, где ширина проводящей зоны не превышает 15–18 атомов. Подобные шероховатости создают барьеры для потока электронов, становясь критическим препятствием для повышения быстродействия современных микросхем.

Новая методология позволяет осуществлять мониторинг морфологических изменений после каждой технологической операции — будь то травление, осаждение слоев или термический отжиг. Это предоставляет полупроводниковой индустрии мощный инструмент для прецизионной диагностики и оптимизации производственных циклов на атомарном уровне.

Значимость открытия выходит за рамки производства массовой электроники (смартфонов и серверных систем для ИИ); оно критически важно для развития квантовых вычислителей, где контроль над состоянием каждого атома является определяющим фактором.

Авторы работы подчеркивают, что предложенная технология станет фундаментом для выявления и устранения дефектов на ранних стадиях проектирования чипов, а также даст новый импульс фундаментальным исследованиям в области материаловедения.

Источник: iXBT