E se pudéssemos tornar uma ferramenta científica poderosa ainda melhor? A tomografia de sonda atômica (APT) é uma maneira poderosa de medir interfaces em uma escala comparável à distância entre átomos em sólidos. Ele também tem uma sensibilidade química de menos de 10 partes por milhão. Contudo, não funciona tão bem quanto poderia. Os cientistas aplicaram "vidros de elétrons" para corrigir aberrações nos dados APT. Agora, pesquisadores têm uma informação extremamente precisa, método preciso para medir as distâncias entre interfaces em estruturas de semicondutores vitais. Essas estruturas incluem uma camada de silício (Si) ensanduichada por uma liga de silício de germânio (SiGe).

Se ele contém um computador ou usa ondas de rádio, ele depende de um semicondutor. Para fazer semicondutores melhores, os cientistas precisam de melhores maneiras de analisar as interfaces envolvidas. Esta nova abordagem de APT oferece uma visão detalhada da interface entre Si e SiGe. Oferece dados para otimizar a integridade interfacial. O conhecimento aprimorado das interfaces é a chave para o avanço das tecnologias que empregam semicondutores.

À medida que os dispositivos eletrônicos encolhem, síntese e caracterização de semicondutores mais precisas são necessárias para melhorar esses dispositivos. O APT pode identificar as posições dos átomos em 3-D com resolução sub-nanométrica dos íons evaporados detectados, e pode detectar distribuições de dopantes e segregação química de baixo nível nas interfaces; Contudo, até agora, aberrações comprometeram sua precisão. Fatores que afetam a gravidade das aberrações incluem a sequência da qual os materiais de interface são evaporados (por exemplo, SiGe para Si versus Si para SiGe) e a largura da amostra em forma de agulha da qual o material é evaporado (por exemplo, quanto maior a quantidade de material analisado, quanto maiores forem as aberrações). Existem várias vantagens para compreender a composição química em nível sub-nanométrico de um material com APT. Por exemplo, APT é 100 para 1, 000 vezes mais sensível a produtos químicos do que a técnica de medição de interface tradicional, microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM). Além disso, porque APT é um tempo de voo, método de espectrometria de massa de íons secundários, é superior para detectar dopantes leves e dopantes com números atômicos semelhantes ao do bulk, como fósforo em Si. Neste experimento, pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory e HRL Laboratories, LLC avaliou a capacidade do APT de medir com precisão os perfis interfaciais de SiGe / Si / SiGe comparando os resultados do APT aos de medições STEM de resolução atômica otimizada da mesma amostra de SiGe / Si / SiGe. Sem aplicar um método de processamento de reconstrução pós-APT, as larguras de interface de Si / SiGe medidas entre os conjuntos de dados APT e STEM coincidem mal. As aberrações criam variações de densidade no conjunto de dados APT que não existem no material. Aplicou um algoritmo para corrigir as variações de densidade normais para a interface (ou seja, na direção z) dos dados APT, o que resultou em medições precisas do perfil interfacial. Os cientistas podem usar este método preciso para caracterizar perfis de interface SiGe / Si / SiGe para medir consistentemente a mesma largura de interface com uma precisão próxima a 1 Angstrom (isto é, uma fração da distância entre dois átomos). Este conhecimento pode ser usado para melhorar muitos dispositivos semicondutores com Si / SiGe ou interfaces semelhantes.