突破4納米！重磅Nature：芯片檢測技術實現重大飛越！

CYM 2個月前 (08-01) 1963瀏覽

一、【導讀】

許多工程系統和自然系統都是子系統的層次結構，其特征是長度尺度在原子和宏觀之間變化超過十個數量級。科學、醫學和工程學的進步依賴于成像方面的突破，特別是在從集成電路或哺乳動物大腦等功能系統中獲取多尺度的三維信息方面。要實現這一目標，往往需要結合電子和光子方法。電子顯微鏡通過對表面層進行串行破壞性成像，可提供納米級分辨率，而X射線計算機斷層掃描（ptychographic X-ray computed tomography）則提供非破壞性成像，最近已實現小體積分辨率低至七納米。一個重要的例子是集成電路，它通常有幾毫米寬，其最小的特征接近原子尺度。如今，消費產品中有7納米節點（晶體管密度的量度）集成電路，而3納米節點正在開始生產。對于質量控制和逆向工程，必要的多尺度檢測從光學顯微鏡和傳統的X射線斷層掃描開始，然后使用電子顯微鏡進行納米級檢測。一般來說，掃描電子顯微鏡（SEM）僅探測樣品表面，對表面電荷敏感，而透射電子顯微鏡僅對薄（5-100 nm）切片有效。對于三維（3D）成像，克服電子穿透性差（由于帶電顆粒與物質的強烈相互作用）需要一種“切片和觀察”方法，其中單層成像與破壞性離子研磨交替進行，受到切割偽影、充電和各向異性分辨率的影響。2017 年，Holler等人使用當時最先進的層析成像X射線計算機斷層掃描（PXCT）對集成電路進行了成像，其各向同性3D分辨率為15.4 nm。最近，Michelson等人研究了直徑為2μm的納米顆粒超晶格樣品，分辨率為7nm。

二、【成果掠影】

在此，瑞士保羅謝勒研究所Mirko Holler和Tomas Aidukas（共同通訊作者）實現了突發像素成像，它克服了實驗的不穩定性并實現了更高的性能，具有4納米的分辨率，采集速率快170倍，即每秒14000個分辨率元素。另一個關鍵創新是斷層掃描反向傳播重建，使之能夠對比傳統景深大十倍的樣本進行成像。通過結合這兩項創新，成功地對最先進的（七納米節點）商業集成電路進行了成像，該集成電路具有由低密度和高密度材料（如硅和金屬）制成的納米結構，在選定的X射線波長下具有良好的輻射穩定性和對比度。這些功能使得對芯片的設計和制造進行詳細研究，直至單個晶體管的水平。作者預計，納米分辨率和下一代X射線源的更高X射線通量的結合將對從電子學到電化學和神經科學等領域產生革命性的影響。

相關研究成果以“High-performance 4-nm-resolution X-ray tomography using burst ptychography”為題發表在Nature上。