¿Y si pudiéramos mejorar aún más una poderosa herramienta científica? La tomografía de sonda atómica (APT) es una forma poderosa de medir interfaces en una escala comparable a la distancia entre átomos en sólidos. También tiene una sensibilidad química de menos de 10 partes por millón. Sin embargo, no funciona tan bien como podría. Los científicos aplicaron "lentes de electrones" para corregir aberraciones en los datos APT. Ahora, los investigadores tienen un método preciso para medir las distancias entre interfaces en estructuras semiconductoras vitales. Estas estructuras incluyen una capa de silicio (Si) intercalada por una aleación de silicio y germanio (SiGe).

Si contiene una computadora o usa ondas de radio, se basa en un semiconductor. Para hacer mejores semiconductores, los científicos necesitan mejores formas de analizar las interfaces involucradas. Este nuevo enfoque APT ofrece una Vista detallada de la interfaz entre Si y SiGe. Ofrece datos para optimizar la integridad interfacial. Un mejor conocimiento de las interfaces es clave para el avance de las tecnologías que emplean semiconductores.

A medida que los dispositivos electrónicos se encogen, Se necesitan síntesis y caracterización de semiconductores más precisas para mejorar estos dispositivos. APT puede identificar las posiciones de los átomos en 3-D con una resolución sub-nanométrica a partir de los iones evaporados detectados, y puede detectar distribuciones de dopantes y segregación química de bajo nivel en las interfaces; sin embargo, hasta ahora, las aberraciones han comprometido su precisión. Los factores que afectan la gravedad de las aberraciones incluyen la secuencia a partir de la cual se evaporan los materiales de la interfaz (por ejemplo, SiGe a Si versus Si a SiGe) y el ancho de la muestra en forma de aguja de la cual se evapora el material (por ejemplo, cuanto mayor sea la cantidad de material analizado, cuanto mayores sean las aberraciones). Hay varias ventajas para comprender la composición química a nivel subnanométrico de un material con APT. Por ejemplo, APT es 100 a 1, 000 veces más sensible químicamente que la técnica de medición de interfaz tradicional, microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM). Es más, porque APT es un tiempo de vuelo, método de espectrometría de masas de iones secundarios, es superior para detectar dopantes livianos y dopantes con números atómicos similares a los de la masa, como fósforo en Si. En este experimento, investigadores de Oak Ridge National Laboratory y HRL Laboratories, LLC evaluó la capacidad de APT para medir con precisión los perfiles interfaciales de SiGe / Si / SiGe comparando los resultados de APT con los de las mediciones STEM de resolución atómica optimizadas de la misma muestra de SiGe / Si / SiGe. Sin aplicar un método de procesamiento de reconstrucción posterior a APT, los anchos interfaciales medidos de Si / SiGe entre los conjuntos de datos APT y STEM coinciden mal. Las aberraciones crean variaciones de densidad en el conjunto de datos APT que no existen en el material. Se aplicó un algoritmo para corregir las variaciones de densidad normales a la interfaz (es decir, en la dirección z) de los datos APT, lo que resultó en mediciones precisas del perfil interfacial. Los científicos pueden utilizar este método preciso para caracterizar perfiles interfaciales SiGe / Si / SiGe para medir consistentemente el mismo ancho de interfaz con una precisión cercana a 1 Angstrom (es decir, una fracción de la distancia entre dos átomos). Este conocimiento se puede utilizar para mejorar muchos dispositivos semiconductores con Si / SiGe o interfaces similares.