科学家首次“看见”芯片内部的原子级缺陷

本研究由康奈尔大学戴维·穆勒教授团队与台积电（TSMC）、ASM公司合作完成，发表于2024年2月23日《自然·通讯》。研究核心是一种名为‘电子叠层衍射成像’（electron ptychography）的先进电子显微技术，依托团队自主研发的电子显微镜像素阵列探测器（EMPAD）。该技术能以原子级精度重建晶体管沟道内部结构，首次直接观测到以往无法识别的界面‘鼠咬状’（mouse bite）缺陷——即原子尺度的微小凹坑或不平整，这类缺陷源于芯片制造中复杂的化学刻蚀、沉积与热处理步骤。随着晶体管尺寸缩小至仅15–18个原子宽，传统投影式成像已无法满足诊断需求；而新方法如同给制造流程装上‘实时显微眼’，可在每一道工艺后直接观察结构变化，精准关联工艺参数（如温度）与原子形貌。该技术不仅将大幅提升先进芯片（如手机、AI服务器芯片）的研发效率与可靠性，也为量子计算机等需极端材料精度的前沿技术提供关键表征工具。项目获台积电资助，康奈尔材料研究中心（CCMR）和PARADIM平台提供显微设施支持。