7 月 7 日消息，美國密歇根州立大學 (MSU) 的物理學家們開發了一種新的方法，可以以原子尺度分析半導體。這種方法將高分辨率顯微鏡與超快激光結合起來，可以以前所未有的方式檢測半導體的“缺陷”。

這項研究由密歇根州立大學杰里?考恩實驗物理學資助講座教授泰勒?科克爾 (Tyler Cocker) 領導，旨在克服長期存在的挑戰。隨著設備變得越來越小、功能越來越強大，能夠檢查設備組成材料的工具變得至關重要。

“這對于具有納米級結構的組件尤其重要，”科克爾解釋說。這項技術的應用范圍可擴展到尖端的半導體技術發展，包括具有納米級特征的計算機芯片和僅一個原子厚的工程材料。

這種新方法可以檢測添加到砷化鎵中的硅原子，砷化鎵在雷達系統、高效率太陽能電池和現代電信設備中至關重要，這些硅原子在調節電子穿過半導體的運動中起著至關重要的作用。

盡管理論物理學家已經研究了這種類型的缺陷數十年，但單個原子的實驗檢測到目前為止一直難以實現。“對于電子來說，硅原子基本上看起來就像一個深坑，”科克爾解釋道。

密歇根州立大學的研究團隊結合了掃描隧道顯微鏡 (STM) 和太赫茲頻率的激光脈沖。這些脈沖每秒鐘會“上下顫動”一萬億次，這種組合創造了一個對缺陷敏感的探針。

當 STM 探針遇到硫化鎵表面上的硅缺陷時，會在測量數據中產生一個明顯的強烈信號。將探針移動一個原子，信號就會消失。

隨著半導體器件不斷縮小，理解和控制原子尺度的缺陷對于器件的性能和穩定性變得很重要。

科克爾的團隊已經將他們的方法應用于檢查石墨烯納米線等原子級超薄材料，“我們正在進行許多開放式項目，使用這種技術研究更多材料和更奇特的材料，”他說，“我們基本上將它融入我們所做的所有事情中，并將其作為一種標準技術來使用。”

這種方法相對簡單且用途廣泛，使其成為全球研究人員的一種有吸引力的工具。此外，其他以各種方式結合掃描隧道顯微鏡和太赫茲光的團隊顯著增加了跨材料領域發現更多新材料的可能性。

該團隊的研究成果發表在期刊《自然光子學》上。