Naukowcy przypadkowo odkryli sposób na szybsze chipy. Pomogą promienie rentgenowskie

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT), pracując nad wytrzymałością materiałów stosowanych w reaktorach jądrowych, dokonali przypadkowego, ale niezwykle obiecującego odkrycia. Okazało się, że wiązka promieniowania rentgenowskiego może nie tylko pozwalać na obserwację uszkodzeń materiału w czasie rzeczywistym, lecz także precyzyjnie kontrolować naprężenia wewnątrz kryształów. To otwiera zupełnie nowe perspektywy w produkcji półprzewodników i zaawansowanych układów scalonych.

Zespół badawczy kierowany przez Ericmoore’a Jossou rozpoczął swoje prace z zupełnie innym celem. Chciał bowiem zrozumieć, jak materiały krytyczne stosowane w reaktorach rozpadają się pod wpływem silnego promieniowania. Do eksperymentów używano próbek niklu przygotowanych metodą solid-state dewetting, czyli tworzenia pojedynczych kryształów poprzez wygrzewanie cienkich warstw w wysokiej temperaturze.

Podczas symulowania ekstremalnych warunków panujących w reaktorach zauważono, że odpowiednie ustawienie czasu i skupienia wiązki rentgenowskiej pozwalało modyfikować strukturę kryształów, a konkretniej rozluźniać lub wzmacniać ich wewnętrzne naprężenia.

Nowe odkrycie MIT otwiera zupełnie nowe perspektywy w produkcji półprzewodników i zaawansowanych układów scalonych.

Kluczowa rola warstwy buforowej

Efekt ten był szczególnie widoczny, gdy pomiędzy niklem a podłożem krzemowym znajdowała się cienka warstwa ditlenku krzemu (SiO₂). Pełniła ona podwójną rolę: stabilizowała próbki oraz umożliwiała regulację naprężeń w taki sposób, aby algorytmy mogły w czasie rzeczywistym odtwarzać trójwymiarowy obraz kryształów podczas ich niszczenia.

Dzięki temu badacze mogą nie tylko obserwować, jak materiały ulegają awarii w warunkach zbliżonych do reaktorowych, ale również uzyskują cenną wiedzę na temat projektowania bardziej odpornych stopów dla energetyki jądrowej czy systemów napędów okrętowych.

Nowa droga dla inżynierii półprzewodników

To, co jednak odkryto przypadkiem podczas tych badań, z naszego punktu widzenia wydaje się najciekawsze. Inżynieria naprężeń (strain engineering), czyli celowe odkształcanie sieci krystalicznej, jest kluczową techniką w produkcji szybszych i bardziej wydajnych chipów. Do tej pory stosowano metody mechaniczne lub specjalne warstwy podczas procesu wytwarzania.

Odkrycie MIT sugeruje, że promienie rentgenowskie mogą stać się nowym narzędziem pozwalającym w precyzyjny sposób dostrajać naprężenia w materiałach półprzewodnikowych już na etapie produkcji. To oznacza możliwość poprawy właściwości elektrycznych i optycznych układów scalonych, bez konieczności skomplikowanych dodatkowych procesów.

Zespół, w którego skład wchodzą również David Simonne, Riley Hultquist, Jiangtao Zhao i Andrea Resta, planuje teraz badać bardziej złożone stopy oraz analizować, jak grubość warstwy buforowej wpływa na kontrolę naprężeń.