在近60年的時(shí)間里，信息時(shí)代給了世界互聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)和快如閃電的計(jì)算機(jī)。這是因?yàn)槊績(jī)赡昕裳b入計(jì)算機(jī)芯片的晶體管數(shù)量增加了一倍左右，從而產(chǎn)生了數(shù)十億個(gè)原子尺度的晶體管，其可以裝入一個(gè)指甲大小的設(shè)備。甚至個(gè)別原子也可以在這種“原子長(zhǎng)度”的長(zhǎng)度內(nèi)被觀察和計(jì)數(shù)。

　　物理極限

　　隨著這種翻倍達(dá)到其物理極限，美國(guó)能源部（DOE）的普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）已經(jīng)加入了工業(yè)界的努力以延長(zhǎng)這一過(guò)程并尋找新的技術(shù)來(lái)制造更強(qiáng)大、更高效和更經(jīng)濟(jì)的芯片。在跟全球芯片制造設(shè)備生產(chǎn)商Lam Research Corp.簽訂的合作研究與開發(fā)協(xié)議下進(jìn)行的第一項(xiàng)PPPL研究中，實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家通過(guò)使用建模正確預(yù)測(cè)了原子級(jí)芯片生產(chǎn)中的一個(gè)基本階段。

　　“這將是整個(gè)過(guò)程中的一個(gè)小環(huán)節(jié)，”負(fù)責(zé)低溫等離子體表面相互作用的實(shí)驗(yàn)室副主任、普林斯頓大學(xué)化學(xué)和生物工程系教授David Graves說(shuō)道，“通過(guò)建模獲得的見解可以導(dǎo)致各種好事，這就是為什么實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)工作有一些希望?！睋?jù)悉，Graves是《Journal of Vacuum Science & Technology B》上一篇概述該研究結(jié)果的論文的共同作者。

　　Graves表示：“迄今為止，工業(yè)界已經(jīng)成功地使用經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)開發(fā)創(chuàng)新的新工藝，但更深入的基本了解將加速這一進(jìn)程。基礎(chǔ)研究需要時(shí)間，另外并不需要工業(yè)界總是擁有的專業(yè)知識(shí)。這為實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)這項(xiàng)工作創(chuàng)造了強(qiáng)大的動(dòng)力?！?/p>

　　PPPL的科學(xué)家們則對(duì)“原子層蝕刻（ALE）”進(jìn)行了建模。這是一個(gè)越來(lái)越關(guān)鍵的制造步驟，旨在一次從一個(gè)表面去除單個(gè)原子層。這一過(guò)程可用于在硅片上的薄膜上蝕刻復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵尺寸比人的頭發(fā)還要細(xì)幾千倍。

　　基本一致

　　PPPL的博士后、該期刊論文的第一作者Joseph Vella表示：“作為第一步，模擬結(jié)果基本上跟實(shí)驗(yàn)一致并可能導(dǎo)致對(duì)使用ALE進(jìn)行原子尺度蝕刻的理解的改進(jìn)。而這一切都始于建立我們對(duì)原子層蝕刻的基本理解?！彼赋?，理解的提高將使PPPL能調(diào)查諸如表面損傷的程度和ALE期間形成的粗糙度。

　　據(jù)了解，該模型模擬了依次使用氯氣和氬氣等離子體離子來(lái)控制原子尺度上的硅蝕刻過(guò)程。等離子體或電離氣體是一種由自由電子、帶正電的離子和中性分子組成的混合物。用于半導(dǎo)體設(shè)備加工的等離子體接近室溫，這跟核聚變實(shí)驗(yàn)中使用的超高溫等離子體相反。

　　Graves表示：“Lam Research的一個(gè)令人驚訝的經(jīng)驗(yàn)性發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)離子能量比我們開始時(shí)的能量高得多時(shí)，ALE過(guò)程會(huì)變得特別有效。因此，這將是我們下一步的模擬工作--看看我們是否能理解當(dāng)離子能量高得多時(shí)發(fā)生了什么及為什么它這么好?！?/p>

　　展望未來(lái)，Graves指出--“整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)正在考慮在材料和要使用的設(shè)備類型方面進(jìn)行重大擴(kuò)展，而這種擴(kuò)展也必須以原子級(jí)的精度進(jìn)行處理。美國(guó)的目標(biāo)是在利用科學(xué)解決重要的工業(yè)問題方面引領(lǐng)世界，而我們的工作是其中的一部分?！?/p>