Elektronika

Zračenje uzrokuje više štete mikroelektronici nego što se mislilo

on

Ukupna strukturna oštećenja koja su uzrokovana zračenjem u elektroničkim materijalima na atomskoj razini mogu biti barem deset puta veća nego što se mislilo.
To je iznenađujući rezultat nove metode karakterizacije koja koristi kombinaciju lasera i akustičnih valova i koja pruža znanstvenicima mogućnost istraživanja slično rendgenskim snimkama. Nova metoda im omogućuje da gledaju kroz čvrste materijale kako bi odredili veličinu i mjesto traženog oštećenja u dubini materijala s dosad neviđenom preciznosti.

Istraživanje, koje je proveo post-doktorand Andrew Steigerwald pod nadzorom profesora fizike Normana Tolka, objavljeno je u časopisu Journal of Applied Physics.
“Sposobnost da se točno izmjere nedostaci u elektroničkim materijalima postaje sve važnija kako se veličina mikroelektroničkih uređaja i dalje smanjuje”, objasnio je Tolk. “Kada pojedini tranzistor sadrži milijune atoma, on može apsorbirati dosta štete prije nego što prestane raditi. Ali kad tranzistor sadrži nekoliko tisuća atoma, već i jedan nedostatak može uzrokovati da uređaj prestane raditi.”

Dosadašnje metode koje se koriste za proučavanje štete na elektroničkim materijalima ograničene su na gledanje oštećenja i deformacija u atomskim rešetkama. Nova metoda je prva koja je sposobna otkriti poremećaje u položaju elektrona koji su vezani za atome. To je osobito važno jer je upravo ponašanje elektrona ono što pomaže odrediti električna i optička svojstva materijala.

“Kao analogija neka nam posluži slika tisuću ljudi koji plivaju u bazenu. Ljudi predstavljaju atome, a voda predstavlja elektrone”, kaže Steigerwald. “Ako neka druga osoba – koja nam predstavlja energetsku česticu – skoči u bazen, ljudi u njegovoj blizini malo promijene svoje pozicije kako bi napravili mjesta za nju. Međutim, ove promjene mogu biti prilično suptilne i teške za mjerenje. Ali skakač u vodu uzrokovat će i prilično prskanje vode i porast razine vode u bazenu. Slično kao i voda u bazenu, elektroni u materijalu osjetljiviji su od atoma na kvarove.”
Za otkrivanje pomaka elektrona fizičari su unaprijedili 15 godina staru metodu zvanu koherentna akustična fonon spektroskopija (CAPS).

“CAPS je metoda slična seizmičkim tehnikama koje energetske tvrtke koriste za traženje nafte u podzemnim ležištima, samo što djeluje u mnogo manjem opsegu”, rekao je Steigerwald.
Istraživači nafte koriste niz manjih eksplozija na površini zemlje i mjere zvučne valove koji se reflektiraju kroz slojeve tla i natrag na površinu. To im omogućuje da identificiraju i mapiraju slojeve različitih tipova stijena i po nekoliko kilometara u podzemlju.

Isto tako i CAPS u ovom istraživanju generira tlačni val koji prolazi kroz komad poluvodiča udarivši po njegovoj površini ultrabrzim impulsom laserske svjetlosti. Dok se to događa, znanstvenici upućuju drugi laserski tlačni val i mjere jačinu odbijanja. Kako tlačni val nailazi na nedostatke i deformacije u materijalu, njegove se refleksije mijenjanju, što mijenja i jačinu odbijenog laserskog svjetla. Mjerenjem ove razlike fizičari mogu otkriti pojedine nedostatke i izmjeriti učinak koji one imaju na električna i optička svojstva materijala.

Fizičari su testirali svoju tehniku ​​na sloju poluvodiča od galijevog arsenida kojeg su ozračili visoko-energetskim atomima neona. Otkrili su da su se strukturna oštećenja uzrokovana atomima neona raširila po volumenu poluvodiča koji sadrži tisuću atoma – znatno više nego što su pokazale druge tehnike.

“Ovo je značajno otkriće jer ljudi danas proizvode nano-uređaje koji sadrže tisuće atoma”, rekao je Steigerwald. Jedan od tih uređaja je solarni kolektor načinjen od kvantnih točkica, sitnih poluvodičkih perli od kojih svaka sadrži nekoliko tisuća atoma. “Naši rezultati mogu objasniti i nedavna istraživanja koja su otkrila da su ovi solarni kolektori od kvantnih točkica manje učinkoviti nego što se predviđalo”, kazao je Steigerwald.

“Činjenica je da stvarno ne razumijemo na koji način bilo koji kvar na razini atoma utječe na rad optičko-elektronskih uređaja”, rekao je Tolk. “Tehnike poput ove koju smo razvili dat će nam detaljne informacije koje trebamo da bismo to shvatili i tako pomogli ostalima da proizvedu nano-uređaje koji će raditi ispravno.”

Autor Ivo Tokić

Kao magistar informacijske znanosti, iz profesionalnih razloga posebno prati razvoj kako gospodarskih i znanstvenih prilika u zemlji i svijetu, tako i općih kulturnih i drugih događanja poput razvoja tehnologije i njezinog utjecaja na društvo.

Preporučeno

Odgovori