人類首次直接觀察到芯片內部“鼠咬”缺陷有望徹底改變半導體研發

據美國康奈爾大學新聞官網消息，康奈爾大學的研究人員利用高分辨率三維成像技術，首次檢測到計算機芯片中可能影響其性能的原子級缺陷“mouse bite（鼠咬）”。

這項成像技術是康奈爾大學與臺積電、半導體材料公司 ASM 合作的結果，可能影響幾乎所有形式的現代電子設備，從手機和汽車到人工智能數據中心和量子計算。

這項研究已經發表在《自然 · 通訊》上。第一作者是康奈爾大學博士生 Shake Karapetyan。

該項目負責人、康奈爾大學杜菲爾德工程學院的工程學 Samuel B. Eckert 教授 D**id Muller 表示：“由於你實在沒有辦法看到這些缺陷的原子結構，因此這將是一個非常重要的表徵工具，用於計算機芯片的調試和故障排查，尤其是在開發階段。”

微小的缺陷一直是半導體行業的一大挑戰，隨着技術的日益複雜，組件的尺寸已縮小至原子尺度。本次研究的焦點也是計算機芯片的核心 —— 晶體管：一個小小的開關，電流通過一個由電門控制開啓和關閉的通道流動。

Muller 介紹稱：“晶體管就像一個電子的小管道，而不是水。你可以想象，如果管道的管壁非常粗糙，它將會減慢速度。因此測量管壁的粗糙程度，哪些管壁是好的，哪些是壞的，現在變得更加重要。”

如今，單個高性能芯片可以包含數十億個晶體管。隨着它們尺寸的縮小，這項技術變得難以排查問題。

在最新研究中，研究人員能夠檢測到芯片的界面粗糙度 —— 揭示了“鼠咬”的現象。這種粗糙度源於優化生長過程中形成的缺陷。

論文第一作者 Karapetyan 表示：“現代設備的製造需要數百甚至數千步化學蝕刻、沉積和加熱，而每一步都會對結構產生影響。以前芯片研究人員需要通過投影圖像來試圖弄清楚實際情況，現在可以直接觀察，在每一步之後真正看到成果，從而更好地掌握，哦，我把溫度調到這麼高，然後它看起來就是這個樣子。”

這項新的成像能力有望對幾乎所有使用現代計算機芯片的設備產生影響，從手機到筆記本電腦和數據中心，並且可能對調試下一代技術（如量子計算機）大有裨益，這些技術需要材料具有非凡的結構控制，而目前這種控制仍未被完全理解。