Quando si fabbricano circuiti integrati e diversi tipi di dispositivi a base di silicio, i ricercatori devono posizionare le nanostrutture droganti in modi specifici con alti livelli di precisione. Però, organizzare queste strutture su scala nanometrica può essere difficile, poiché le loro piccole dimensioni li rendono difficili da osservare ed esaminare da vicino. La loro manomissione errata può avere effetti dannosi, che possono potenzialmente compromettere il funzionamento e la sicurezza complessivi di un dispositivo.

Con questo in testa, ricercatori della Johannes Kepler University (JKU), Laboratori di tecnologie Keysight, University College di Londra (UCL), e IBM Research hanno recentemente deciso di sviluppare una tecnica di imaging su nanoscala che può essere utilizzata per osservare le nanostrutture droganti nei dispositivi a base di silicio con alta precisione. Il metodo che hanno sviluppato, presentato in un articolo pubblicato in Elettronica della natura , è il risultato di diversi anni di ricerca, a seguito di un progetto congiunto Marie Curie-UE avviato nel 2016.

"Presso JKU e Keysight Technologies Labs stavo lavorando allo sviluppo di nuove tecniche di caratterizzazione su nanoscala che possono esaminare le proprietà elettriche su scala nanometrica di piccole caratteristiche sotto la superficie di un materiale, "Giorgio Gramse, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "La grande domanda per noi era:quanto possiamo andare piccoli o quanto in profondità possiamo guardare e vedere ancora droganti o altre caratteristiche conduttrici? La domanda dei nostri colleghi del London Centre for Nanotechnology (LCN) e IBM che si sono uniti al team poco dopo è stato esattamente il contrario:dove sono le nostre strutture droganti? e sono attivati ​​e conducono?"

I ricercatori della JKU e dei Keysight Technologies Labs hanno sviluppato metodi in grado di creare nano-pattern di strati droganti di tipo n (fosforo) e tipo p (boro) atomicamente sottili, nel silicio, così come le loro risultanti giunzioni p-n. Ciò è stato fatto in stretta collaborazione con esperti di nanotecnologia presso UCL e IBM.

Finora, i ricercatori non hanno trovato una singola tecnica in grado di misurare la posizione 3D e le caratteristiche elettriche delle nanostrutture droganti nei dispositivi al silicio, raccogliendo anche informazioni sulla dinamica di carica dei portatori e delle cariche intrappolate nei loro dintorni. Per realizzare questo, Gramse e i suoi colleghi hanno utilizzato una tecnica chiamata microscopia a forza elettrostatica a banda larga. Questo metodo può raccogliere immagini con una risoluzione maggiore rispetto a quelle raccolte utilizzando tecniche di imaging standard ed è anche non distruttivo, il che significa che non danneggia un dispositivo durante la raccolta delle misurazioni.

"La nostra tecnica si risolve lateralmente con 10 nm, anche se una caratteristica è sepolta a 15 nm sotto la superficie, e rileva la firma capacitiva delle cariche sotterranee a frequenze comprese tra 1kHz e 10GHz, "Ha detto Gramse. "Uno dei suoi svantaggi, condiviso da altre tecniche su nanoscala, è che per dare questa alta risoluzione ha bisogno di una superficie pulita e relativamente piatta."

Gramse ei suoi colleghi sono stati tra i primi a sviluppare una tecnica in grado di estrarre con successo informazioni quantitative sulla profondità e sul profilo del drogante delle nanostrutture nei dispositivi al silicio. Il metodo utilizzato ha anche permesso loro di raccogliere informazioni sulla dinamica dei vettori e delle cariche intrappolate attorno a queste strutture. Queste informazioni possono in definitiva aiutare a determinare se ci sono trappole nel dispositivo di silicio, che possono ostacolare il movimento dei droganti al suo interno.

"Vedo molti possibili campi di applicazione per la nostra tecnica, "Ha detto Gramse. "Ora continueremo a indagare sull'imaging del dispositivo antidoping funzionale. Anche guardare alla dinamica dei processi elettrici su scala nanometrica è di grande interesse per l'elettrochimica e i materiali energetici, quindi questo sarà un altro argomento su cui concentrarci nel nostro lavoro futuro".

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