通过采用无损检测成像技术，来自德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology，KIT）的一个研究小组成功获得了晶体材料内部的三维图像。他们检测出了线状缺陷，并证明了该缺陷在很大程度上影响了晶体的位错行为。这些所谓的位错现象严重阻碍了计算机芯片的正常生产。据《Physical Review Letters（物理评论快报）》报道，该研究小组是将两种X射线成像方法与一种特殊类型的光学显微镜相结合进行的研究。

即使硅晶片中只含有少数的位错也会导致有缺陷的计算机芯片产生，从而导致最终生产的芯片变为不合格产品。卡尔斯鲁厄理工学院光子科学与同步辐射研究所的物理学家Daniel Hänschke博士说道：“因此，理解一个微小的机械表面缺陷在受到加工影响（例如热影响）时，是如何传播到晶体的内部深处，这是非常重要的问题”。

对半导体芯片进行加工处理时，一个小小的表面缺陷也可能会导致在晶片内部更大的区域上产生更大的缺陷；图片来源：德国卡尔斯鲁厄理工学院

他带领的研究团队成功精确测量了位错，并研究了它们之间在受到/不受到外界影响时的相互作用。研究人员分析了单个表面缺陷是如何扩散到六边形缺陷当中，而完全未损坏的区域可能仍然处于这种三维网络的中心。Hänschke博士指出：“由此产生的集体运动可能会减小晶片的表面积区域，并可能形成台阶，这也许会对微结构的形成和功能产生不利影响”。

结合数学模型计算，研究结果可以更好地帮助人们理解基本的物理原理。“到目前为止，研究人员使用的模型主要是基于电子显微镜在非常小的晶体样品中测量得到的数据，”另一位团队成员Elias Hamann博士解释道：“我们的方法也可以应用于研究大型的扁平晶体，如商用圆形晶片等。这是目前可用于确定微小的原始缺陷损伤和由此产生的晶体位错之间细节关系的唯一方法，这可能会有助于人们在生产制造过程中尽量避免出现重大缺陷的问题”。

这种新型的测量方法结合了卡尔斯鲁厄理工学院的KARA同步加速器的X射线技术、格勒诺布尔的ESRF欧洲同步加速器以及CDIC光学显微镜技术。所获得的测试结果将有助于改善现有的缺陷形成和缺陷扩展预测模型，并提供关于如何优化计算机芯片制造工艺的一些重要指示。

目前，在晶片表面上每平方厘米区域内安置的晶体管数量已经达到了几十亿，并且还呈现出不断增加的趋势。所以，哪怕是晶体上和晶体中存在最小的缺陷，也可能会导致数以千计的这些小电路的失效，进而导致相应的芯片失效，无法继续使用。因此，未来进一步降低芯片中的缺陷率是业界始终关注的热点。

来源：德国卡尔斯鲁厄理工学院

译者：Vince

译自：ecnmag