MIT 开发出突破性 X 射线技术：可实时调控半导体材料内部应变，增强芯片电学与光学特性

9 月 7 日消息，麻省理工学院（MIT）的研究人员意外发现了一种能够应用于微电子领域的新方法。

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研究人员利用高强度 X 射线束，不仅可以实时、三维地监测核反应堆环境内的腐蚀、开裂和其他材料失效过程，还能够在实验中精确调控材料内部的应变。

他们发现，在材料和基底之间添加一层二氧化硅缓冲层，并让材料在 X 射线束下停留更长时间，可以提高样品的稳定性。这一能力有望为改进半导体芯片的电学与光学性能提供新工具。

该技术最初用于核反应堆材料研究，意外发现对半导体芯片制造具有应用潜力。查询发现，相关研究成果已于 8 月 26 日发表在《Scripta Materialia》上。

如前所述，该研究最初旨在揭示核反应堆关键材料在强烈辐射下的腐蚀与裂纹行为。研究团队通过“固态去湿”工艺制备镍单晶薄膜样品，并利用聚焦 X 射线在高温下模拟反应堆的极端环境。

在实验过程中，团队发现通过调整 X 射线的照射时间与焦点，可以在材料内部引发或释放应变 —— 实现松弛或增强两种相反效果。

注：应变工程是通过有意改变晶格结构来提升半导体性能的关键技术，传统方法多依赖机械拉伸或额外材料层的引入。

项目负责人埃里克・摩尔-乔索指出：当镍样本承受模拟核反应堆的极端环境时，X 射线技术首次实现了材料失效过程的三维实时观测。该技术突破使相位复原算法能在实验过程中重建样本三维形貌，为核反应堆、舰船推进系统等严苛环境所需材料设计提供关键数据。

在半导体应用层面，该技术为应变工程提供了新工具。传统芯片制造通过机械变形或特殊材料层引入晶格应变以提升性能，而 X 射线技术可在制造过程中实时精确调控应变，同步优化芯片的电学与光学特性。

这一方法不仅为设计更坚固的反应堆材料及舰船推进系统提供了重要数据，也可能推动更高效的芯片制造。这意味着研究同时在核能材料科学与微电子制造领域带来双重突破。研究团队表示，下一步将扩展到更复杂的合金，并研究缓冲层厚度对应变控制的影响。