芯片“鼠咬”缺陷首次被人类直接观察到，有望变革半导体研发

3月4日消息，据美国康奈尔大学新闻办公室3月2日正式发布的消息，该校研究人员利用高分辨三维成像技术，首次检测到计算机芯片中可能影响其性能的原子级缺陷——“mouse bite（鼠咬）”。

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这项成像技术是康奈尔大学与台积电、半导体材料公司 ASM 合作的成果，其影响范围几乎覆盖所有形式的现代电子设备，从手机和汽车到人工智能数据中心和量子计算。

▲ 图片展示了晶体管沟道内部的硅、二氧化硅和氧化铪层

这项研究于2月23日发表在《自然 通讯》上。第一作者是康奈尔大学博士生 Shake Karapetyan。

该项目负责人、康奈尔大学杜菲尔德工程学院的工程学 Samuel B. Eckert 教授 David Muller 表示：“由于你实在没有办法看到这些缺陷的原子结构，因此这将是一个非常重要的表征工具，用于计算机芯片的调试和故障排查，尤其是在开发阶段。”

微小的缺陷一直是半导体行业的一大挑战，随着技术的日益复杂，组件的尺寸已缩小至原子尺度。本次研究的焦点也是计算机芯片的核心 —— 晶体管：一个微小的开关，电流通过一个由栅极控制开启和关闭的通道流动。

Muller 介绍称：“晶体管就像一个电子的小管道，而不是水。你可以想象，如果管道的管壁非常粗糙，它将会减慢速度。因此测量管壁的粗糙程度，哪些管壁是好的，哪些是坏的，现在变得更加重要。”

如今，单个高性能芯片可以包含数十亿个晶体管。随着它们尺寸的缩小，这项技术变得难以排查问题。

在最新研究中，研究人员能够检测到芯片界面的粗糙度——揭示了“鼠咬”的现象。这种粗糙度源于优化生长过程中形成的缺陷。

论文第一作者 Karapetyan 表示：“现代设备的制造需要数百甚至数千步化学蚀刻、沉积和加热，而每一步都会对结构产生影响。以前芯片研究人员需要通过投影像来试图弄清实际情况，现在可以直接观察，在每一步之后真正看到成果，从而更好地掌握，哦，我把温度调到这么高，然后它看起来就是这个样子。”

这项新的成像能力有望对几乎所有使用现代计算机芯片的设备产生影响，从手机到笔记本电脑和数据中心，并且可能对调试下一代技术（如量子计算机）大有裨益，这些技术需要材料具有非凡的结构控制，而目前这种控制尚未被完全理解。

附论文链接：