이제 초고속 레이저를 사용하여 반도체의 원자 결함을 감지할 수 있습니다.

미시간 주립 대학의 물리학자들은 원자 수준에서 반도체를 분석하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 접근 방식은 고해상도 현미경과 초고속 레이저를 결합하여 이전과는 전혀 다른 방식으로 반도체 “결함”을 찾아냅니다.

미시간 주립대학교 실험물리학과장 타일러 코커(Tyler Coker)가 이끄는 이 연구는 오랜 과제를 극복하는 것을 목표로 하고 있습니다. 장치가 소형화되고 강력해짐에 따라 장치를 구성하는 재료를 검사할 수 있는 장비의 필요성이 점점 더 중요해지고 있습니다.

Coker는 “이것은 나노구조 부품에 특히 중요하다”고 설명했습니다. 이 기술의 중요성은 나노 수준의 특성을 지닌 컴퓨터 칩과 원자 1개 이하의 두께로 설계된 재료를 포함하여 반도체 기술의 최첨단 개발로 확장됩니다.

원자 “분화구”를 검색 중입니다.

새로운 방법은 레이더 시스템, 고효율 태양전지 및 현대 통신 장치의 중요한 요소인 갈륨 비소에 의도적으로 첨가된 실리콘 원자를 감지합니다. 이러한 실리콘 “결함”은 반도체를 통한 전자의 이동을 제어하는 ​​데 중요한 역할을 합니다.

이론 물리학자들은 수십 년 동안 이러한 유형의 결함을 연구해 왔지만, 개별 원자를 실험적으로 검출하는 것은 지금까지 파악하기 어려운 상태로 남아 있습니다. “실리콘 원자는 기본적으로 전자가 들어가는 깊은 구멍처럼 보입니다.”라고 Coker는 설명합니다.

미시간 주립대학교 팀은 테라헤르츠 주파수의 레이저 펄스와 함께 주사 터널링 현미경(STM)을 사용했습니다. 이러한 펄스는 초당 1조 번 “위아래로” 움직여 결함에 민감한 프로브를 생성하는 조합을 만듭니다.

터널링 현미경의 팁이 갈륨 비소 표면의 실리콘 결함을 발견하면 측정 데이터에 강력하고 뚜렷한 신호가 생성됩니다. 팁을 한 원자 멀리 이동하면 신호가 사라집니다.

Coker는 “이것은 사람들이 40년 넘게 찾고 있던 결함이었고 우리는 그것이 종처럼 울리는 것을 볼 수 있습니다”라고 Coker는 그들의 관찰의 중요성을 강조했습니다.

미래에 대한 시사점

반도체 장치가 계속 작아짐에 따라 원자 수준에서 결함을 이해하고 제어하는 ​​것이 성능과 안정성을 위해 매우 중요해졌습니다.

Coker 팀은 이미 그래핀 나노리본과 같은 원자적으로 얇은 물질을 조사하기 위해 그들의 방법을 적용하고 있습니다. “우리는 점점 더 이국적인 재료와 재료로 이 기술을 사용하는 공개 프로젝트를 많이 갖고 있습니다.”라고 그는 말했습니다.

“우리는 기본적으로 이를 우리가 하는 모든 일에 통합하고 표준 기술로 사용합니다.”

이 접근 방식은 상대적으로 간단하고 다재다능하므로 전 세계 연구자에게 매력적인 도구입니다. 또한 터널링 현미경과 테라헤르츠 광을 다양한 방식으로 결합하는 다른 그룹은 다양한 재료에 대한 추가 발견 가능성을 극적으로 높이고 있습니다.

“이런 것을 발견하면 이를 정확하게 설명하는 수십 년 간의 이론적 연구가 이미 있다는 사실이 정말 도움이 됩니다.” 남성 연구의 첫 번째 저자인 Vedran Jelić.

이번 연구는 해군연구실, 육군연구실, 공군과학연구실의 지원을 받았다. 전자 산업이 더 작고 효율적인 장치로 이동함에 따라 이와 같은 기술은 반도체 기술의 미래를 형성하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

팀의 결과는 저널에 게재되었습니다. 자연 포토닉스.