Utilizzando metodi di imaging non distruttivi, un team di scienziati del KIT ottiene informazioni tridimensionali sull'interno dei cristalli. Determinano dati importanti sui difetti a forma di linea che influenzano ampiamente il comportamento di deformazione dei cristalli. Queste cosiddette dislocazioni impediscono la produzione di chip per computer. Come riportato in Lettere di revisione fisica , gli scienziati combinano due metodi a raggi X con un tipo speciale di microscopia ottica.

Anche poche dislocazioni nei wafer di silicio possono portare a chip di computer difettosi e, quindi, a scarti di produzione indesiderati. "È quindi importante capire come un piccolo difetto meccanico superficiale si propaghi nella profondità del cristallo sotto gli impatti tipici del processo, come il calore, " dice il dottor Daniel Hänschke, fisico dell'Istituto KIT per la scienza dei fotoni e le radiazioni di sincrotrone. Il suo team è riuscito a misurare con precisione le dislocazioni e a studiarne le interazioni tra loro e con gli impatti esterni. Gli scienziati hanno analizzato come un singolo difetto superficiale si diffonde in un'armata di linee di difetti esagonali, mentre aree completamente intatte possono rimanere al centro di una tale rete tridimensionale. "Il movimento collettivo risultante può alzare o abbassare ampie superfici sul lato opposto del wafer e causare la formazione di gradini, che possono influenzare negativamente la fabbricazione e la funzione delle microstrutture, " precisa Hänschke.

In combinazione con calcoli di modelli matematici, i risultati consentono di comprendere meglio i principi fisici sottostanti. "I modelli utilizzati finora si basano principalmente su dati misurati mediante microscopia elettronica in campioni di cristalli molto piccoli, "Dott. Elias Hamann, un altro membro della squadra, spiega. "Il nostro metodo può essere applicato anche per studiare grandi, cristalli piatti, come i wafer disponibili in commercio, " aggiunge. "Questo è l'unico modo per determinare relazioni dettagliate tra l'iniziale, minuscoli danni originali e le conseguenti estese deformazioni dei cristalli che possono causare gravi problemi lontano dall'insorgenza del difetto."

Il nuovo metodo di misurazione combina le tecniche a raggi X presso il sincrotrone KARA di KIT e il sincrotrone europeo ESRF a Grenoble con la cosiddetta microscopia ottica CDIC. I risultati ottenuti aiuteranno a migliorare i modelli esistenti per la prognosi della formazione e della propagazione del difetto e, quindi, fornire indicazioni su come ottimizzare il processo di fabbricazione dei chip per computer. Il numero di transistor disposti su un centimetro quadrato di superficie di wafer raggiunge già diversi miliardi, con tendenza crescente. Anche i più piccoli difetti sul e nel cristallo possono causare il guasto di migliaia di questi piccoli circuiti e l'inutilizzabilità dei chip corrispondenti. L'industria è molto interessata a ridurre ulteriormente il tasso di difetto in futuro.