Et si nous pouvions encore améliorer un outil scientifique puissant ? La tomographie par sonde atomique (APT) est un moyen puissant de mesurer les interfaces à une échelle comparable à la distance entre les atomes dans les solides. Il a également une sensibilité chimique de moins de 10 parties par million. Cependant, cela ne fonctionne pas aussi bien qu'il le pourrait. Les scientifiques ont appliqué des "lunettes à électrons" pour corriger les aberrations dans les données APT. Maintenant, les chercheurs ont une précision extrêmement précise, méthode précise pour mesurer les distances entre les interfaces dans les structures semi-conductrices vitales. Ces structures comprennent une couche de silicium (Si) prise en sandwich par un alliage silicium germanium (SiGe).

S'il contient un ordinateur ou utilise des ondes radio, il repose sur un semi-conducteur. Pour fabriquer de meilleurs semi-conducteurs, les scientifiques ont besoin de meilleurs moyens d'analyser les interfaces impliquées. Cette nouvelle approche APT offre une approche précise, vue détaillée de l'interface entre Si et SiGe. Il offre des données pour optimiser l'intégrité interfaciale. Une meilleure connaissance des interfaces est essentielle pour faire progresser les technologies utilisant des semi-conducteurs.

À mesure que les appareils électroniques rétrécissent, une synthèse et une caractérisation plus précises des semi-conducteurs sont nécessaires pour améliorer ces dispositifs. APT peut identifier les positions des atomes en 3D avec une résolution inférieure au nanomètre à partir des ions évaporés détectés, et peut détecter les distributions de dopants et la ségrégation chimique de faible niveau aux interfaces ; cependant, jusqu'à maintenant, des aberrations ont compromis sa précision. Les facteurs affectant la gravité des aberrations comprennent la séquence à partir de laquelle les matériaux d'interface sont évaporés (par exemple, SiGe à Si versus Si à SiGe) et la largeur de l'échantillon en forme d'aiguille à partir duquel le matériau est évaporé (par exemple, plus la quantité de matière analysée est importante, plus les aberrations sont grandes). Il y a plusieurs avantages à comprendre la composition chimique au niveau sub-nanométrique d'un matériau avec APT. Par exemple, APT est de 100 à 1, 000 fois plus sensible chimiquement que la technique de mesure d'interface traditionnelle, microscopie électronique à transmission à balayage (STEM). De plus, car APT est un temps de vol, méthode de spectrométrie de masse à ions secondaires, il est supérieur pour détecter les dopants légers et les dopants avec des numéros atomiques similaires à ceux de la masse, comme le phosphore dans Si. Dans cette expérience, chercheurs du Laboratoire national d'Oak Ridge et des Laboratoires HRL, LLC a évalué la capacité de l'APT à mesurer avec précision les profils d'interface SiGe/Si/SiGe en comparant les résultats de l'APT à ceux des mesures STEM à résolution atomique optimisée du même échantillon SiGe/Si/SiGe. Sans appliquer une méthode de traitement de reconstruction post-APT, les largeurs interfaciales Si/SiGe mesurées entre les ensembles de données APT et STEM correspondent mal. Les aberrations créent des variations de densité dans l'ensemble de données APT qui n'existent pas dans le matériau. a appliqué un algorithme pour corriger les variations de densité normales à l'interface (c'est-à-dire, dans la direction z) des données APT, ce qui a permis d'obtenir des mesures précises du profil interfacial. Les scientifiques peuvent utiliser cette méthode précise pour caractériser les profils d'interface SiGe/Si/SiGe afin de mesurer systématiquement la même largeur d'interface avec une précision proche de 1 Angstrom (c'est-à-dire une fraction de la distance entre deux atomes). Cette connaissance peut être utilisée pour améliorer de nombreux dispositifs semi-conducteurs avec des interfaces Si/SiGe ou similaires.