La possibilité de regarder à l'intérieur des puces de silicium pour voir leurs minuscules pièces de travail, sans endommager les puces, est un pas de plus grâce à une équipe internationale dirigée par des scientifiques du LCN.

Le groupe au LCN, dirigé par le Dr Neil Curson, ont montré qu'ils peuvent générer des images de minuscules composants tridimensionnels fabriqués à partir d'atomes de phosphore, totalement invisibles pour toutes les autres technologies d'imagerie.

Remarquablement, les images de ces composants ont été obtenues malgré le fait que les composants n'avaient que la taille de quelques dizaines d'atomes, étaient atomiquement minces et étaient enfouis sous la surface de la puce. Une détermination quantitative précise de l'emplacement des composants enterrés a été obtenue, ainsi que certaines propriétés électriques. Cette percée est publiée dans Avancées scientifiques .

Les composants qui ont été étudiés, comprenant un entrecroisement tridimensionnel de bandes de phosphore métallique, ont été conçus et fabriqués par Alex Kölker, doctorant au LCN. Il a utilisé une aiguille en métal ultra-pointue pour écrire des motifs dans une seule couche d'atomes d'hydrogène qui reposaient sur la surface d'une puce de silicium, créer un modèle de la forme souhaitée. En provoquant une réaction chimique entre la surface de la puce et le gaz phosphine, des atomes de phosphore ont été écrits dans la surface, en forme de gabarit. Les structures au phosphore ont ensuite été enterrées avec plus de silicium pour compléter le dispositif.

Un microscope à micro-ondes à balayage récemment développé a été utilisé pour prendre des photos des composants, obtenu avec nos collaborateurs de l'Université Johannes Kepler, dirigé par Georg Gramse, et par Keysight Technologies (Autriche), Institut Paul Scherrer, ETH Zürich et EPF Lausanne (Suisse). Le microscope fonctionne en focalisant les micro-ondes (comme celles d'un four à micro-ondes), à l'extrémité d'une pointe métallique qui est poussée contre la surface de la puce. Les micro-ondes sont tirées en puce, rebondissant par la suite sur les composants enterrés, mesuré, et utilisé pour construire une image.

Selon le Dr Curson, « le travail est potentiellement d'importance mondiale car les puces en silicium deviennent si sophistiquées et complexes que prendre des instantanés de leurs plus petites pièces de travail est incroyablement difficile et prend beaucoup de temps, et implique actuellement la destruction de la puce. Si nous pouvions facilement voir tous les composants d'une puce, dans un manoir non destructif, ce serait un changeur de jeu. Ce que nous avons fait est un grand pas dans cette direction. De telles technologies deviennent également importantes pour les gouvernements qui souhaitent savoir ce qu'il y a à l'intérieur de l'électronique étrangère qu'ils utilisent !"

"Une autre application importante de notre technologie d'imagerie est d'aider à la fabrication d'ordinateurs quantiques au phosphore dans le silicium, qui ont le potentiel de révolutionner complètement l'informatique, si c'est réalisé."

Le Dr Ferry Kienberger de Keysight Technologies déclare :« Notre entreprise considère ce travail comme une avancée majeure pour démontrer que la microscopie à micro-ondes à balayage est la voie à suivre pour la caractérisation de la prochaine génération de dispositifs électriques et de composants quantiques en silicium. »

Les capacités démontrées ici sont transformatrices pour le diagnostic non invasif des composants électriques à l'échelle atomique qui formeront la prochaine génération de dispositifs "classiques" et quantiques.