Al fabricar circuitos integrados y diferentes tipos de dispositivos basados ​​en silicio, los investigadores necesitan posicionar nanoestructuras dopantes de formas específicas con altos niveles de precisión. Sin embargo, organizar estas estructuras a escala nanométrica puede ser un desafío, ya que su pequeño tamaño los hace difíciles de observar y examinar de cerca. Manipularlos incorrectamente puede tener efectos perjudiciales, que potencialmente puede comprometer el funcionamiento y la seguridad generales de un dispositivo.

Teniendo esto en cuenta, investigadores de la Universidad Johannes Kepler (JKU), Laboratorios de Keysight Technologies, University College London (UCL), e IBM Research se han propuesto recientemente desarrollar una técnica de imágenes a nanoescala que se puede utilizar para observar nanoestructuras dopantes en dispositivos basados ​​en silicio con alta precisión. El método que desarrollaron, presentado en un artículo publicado en Electrónica de la naturaleza , es el resultado de varios años de investigación, tras un proyecto conjunto Marie Curie-UE que se inició en 2016.

"En JKU y Keysight Technologies Labs, estaba trabajando en el desarrollo de nuevas técnicas de caracterización a nanoescala que pueden observar las propiedades eléctricas a nanoescala de pequeñas características debajo de la superficie de un material, "Georg Gramse, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "La gran pregunta para nosotros era:¿qué tan pequeños podemos ir o qué tan profundo podemos mirar en la superficie y seguir viendo dopantes u otras características conductoras? La pregunta de nuestros colegas del Centro de Nanotecnología de Londres (LCN) e IBM que se unieron al equipo. un poco más tarde fue exactamente lo contrario:¿Dónde están nuestras estructuras dopantes? ¿Están donde deberían estar? y ¿están activados y conduciendo? "

Los investigadores de JKU y Keysight Technologies Labs desarrollaron métodos que pueden crear nanopatrones de capas dopantes de tipo n (fósforo) y tipo p (boro) atómicamente delgadas en silicio, así como sus uniones p-n resultantes. Esto se hizo en estrecha colaboración con expertos en nanotecnología de UCL e IBM.

Hasta aquí, Los investigadores no han encontrado una sola técnica capaz de medir la ubicación tridimensional y las características eléctricas de las nanoestructuras dopantes en dispositivos de silicio y, al mismo tiempo, recopilar información sobre la dinámica de carga de los portadores y las cargas atrapadas en su entorno. Lograr esto, Gramse y sus colegas utilizaron una técnica llamada microscopía de fuerza electrostática de banda ancha. Este método puede recopilar imágenes con una resolución más alta que las recopiladas mediante técnicas de imagen estándar y tampoco es destructivo. lo que significa que no daña un dispositivo mientras se toman las medidas.

"Nuestra técnica se resuelve lateralmente con 10 nm, incluso si una característica está enterrada a 15 nm por debajo de la superficie, y detecta la firma capacitiva de cargas subterráneas a frecuencias entre 1 kHz y 10 GHz, "Dijo Gramse." Una de sus desventajas, compartido por otras técnicas a nanoescala, es que para dar esta alta resolución se necesita una superficie limpia y relativamente plana ".

Gramse y sus colegas fueron de los primeros en desarrollar una técnica que puede extraer con éxito información cuantitativa sobre la profundidad y el perfil dopante de nanoestructuras en dispositivos de silicio. El método que utilizaron también les permitió recopilar información sobre la dinámica de los portadores y las cargas atrapadas alrededor de estas estructuras. En última instancia, esta información puede ayudar a determinar si hay trampas en el dispositivo de silicio. que pueden obstruir el movimiento de los dopantes en su interior.

"Veo muchos campos de aplicación posibles para nuestra técnica, ", Dijo Gramse." Ahora continuaremos investigando imágenes de dispositivos de dopaje funcional. Observar la dinámica de los procesos eléctricos a nanoescala también es de gran interés en la electroquímica y los materiales energéticos, por lo tanto, este será otro tema en el que centrarnos en nuestro trabajo futuro ".

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