研究示意圖。圖片來(lái)源:《自然》
科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞
瑞士保羅謝勒研究所、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院、蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)和美國(guó)南加州大學(xué)科學(xué)家合作,首次使用X射線,以4納米超高精度觀測(cè)了先進(jìn)計(jì)算機(jī)微芯片的“內(nèi)心”,創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。研究團(tuán)隊(duì)制作的高分辨率三維圖像,有望推動(dòng)信息技術(shù)和生命科學(xué)等領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然》雜志。
目前,一塊微芯片上能夠集成上百億甚至更多晶體管,其制造過(guò)程復(fù)雜而精細(xì),對(duì)由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和映射面臨極大困難。雖然掃描電子顯微鏡的分辨率可達(dá)幾納米,非常適合對(duì)微型晶體管進(jìn)行成像,但它們通常只能生成物體表面的二維圖像。若需獲取三維圖像,則必須逐層檢查芯片,而這會(huì)破壞芯片結(jié)構(gòu)。
X射線能更深入地穿透材料,利用X射線斷層掃描技術(shù)可在不破壞芯片的情況下,生成三維圖像。然而,現(xiàn)有的X射線技術(shù)難以對(duì)微芯片這類(lèi)微型結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確成像。
為克服這一難題,研究團(tuán)隊(duì)使用疊層相干衍射成像技術(shù)作為解決方案。
這項(xiàng)技術(shù)使X射線光束不是聚焦于樣品的某個(gè)納米點(diǎn),而是讓樣品在納米尺度移動(dòng),使照射在其上的X射線光束的移動(dòng)路徑形成一個(gè)精密網(wǎng)格,網(wǎng)格上的每個(gè)點(diǎn)都會(huì)記錄樣品的衍射圖案。由于單個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)間距離小于光束直徑,成像區(qū)域存在重疊,因此可提供足夠多的信息,算法據(jù)此能以高分辨率重建樣本圖像。
2017年,研究團(tuán)隊(duì)成功以15納米的分辨率對(duì)計(jì)算機(jī)芯片進(jìn)行了空間成像,創(chuàng)下當(dāng)時(shí)的紀(jì)錄。此后,他們一直致力于提升這一技術(shù)的精度。在最新研究中,通過(guò)采用更短的曝光時(shí)間和更先進(jìn)的算法,他們以4納米的分辨率打破了此前的紀(jì)錄。
研究團(tuán)隊(duì)指出,這項(xiàng)技術(shù)不限于洞察微芯片的“內(nèi)心”,還能為生命科學(xué)等領(lǐng)域的樣品內(nèi)部精確成像,從而推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。