Все новости от 7 августа 2003 г.

В микроскоп IBM виден ход химической реакции

Достижение IBM в области применения электронных микроскопов позволяет ученым наблюдать тайную жизнь атомов. Это метод уже применяется для получения снимков, на которых видно, как атомы меди связываются с электродами и друг с другом. Подобная информация ведет к созданию более миниатюрных микросхем или эффективных производственных процессов, так как конструкторы получат точную информацию о том, что происходит при встрече молекул.

«Мы знаем, какие условия нужно соблюдать при выращивании медных пленок, но не знаем физики самих процессов», — рассказывает менеджер IBM по наномасштабному анализу материалов Фрэнсис Росс. Во вторник она получила медаль Бартона, награду, ежегодно присуждаемую Американским обществом микроскопии одному ученому в возрасте до 40 лет.

Новый метод может использоваться также для изучения процесса ржавления, особенно нюансов подводной коррозии. «Мы понимаем общую идею и много знаем о ржавлении на воздухе, но подводный процесс изучать очень трудно», — пояснила Росс.

Метод IBM — который будет подробно изложен в специальной статье в августовском номере журнала Nature Material — по существу совмещает особенности разных типов научной микроскопии.

Для наблюдения реакций на атомном уровне в жидкостях используются микроскопы атомных сил, но они позволяют получать изображения только со скоростью примерно в один снимок за 30 с. Так что эти устройства дают довольно точную, но в какой-то мере статическую информацию.

Трансмиссионные электронные микроскопы, которые облучают электронами образцы материала микронной толщины, а затем формируют изображение по данным о пути следования электронов, напротив, производят до 30 снимков в секунду, как обычная видеокамера. Но пробы для них нужно помещать в сильный вакуум. Это удобно для изучения реакций между твердыми и газообразными веществами, но не годится для изучения жидкостей. «В обычных условиях жидкость просто улетучилась бы», — говорит Росс. Биологические пробы, наблюдаемые в трансмиссионном микроскопе, предварительно обезвоживаются, хотя это может изменить их форму.

Чтобы решить данную проблему, IBM разработала камеру, в которой слой жидкости и изучаемые элементы помещаются между двумя мембранами из нитрида кремния. «Эту камеру можно рассматривать как чрезвычайно сложное предметное стекло», — пояснила Росс.

Переосмысление основ технологии микросхем
Этот метод уже показал ученым, что некоторые основополагающие предпосылки нужно пересматривать. В микросхемах проводники образуются путем осаждения на электроды атомов меди, плавающих в жидкости. Сначала группы атомов образуют на поверхности электродов скопления. Затем эти скопления соединяются с другими, образуя сплошную пленку (или проводники).

Обычно считалось, что скопления образуются в первую очередь на дефектах, или аномалиях поверхности электрода, как сосульки — на неровностях крыши. На этом строилась теория, что ростом проводников можно управлять, изобретая электроды особой конструкции.

Оказалось, что это не так. В IBM провели реакцию между электродами и атомами меди 30 раз, и скопления каждый раз начинали образовываться в разных местах. (Реакция обратима, так что все 30 раз использовались одни и те же электроды.) «Похоже, что у каждого участка равные шансы», — говорит Росс. Возможно, образованием скоплений управляют силы, зависящие от размеров и расположения самих этих скоплений.

Новый метод может использоваться и на стадиях полировки и травления микросхем. Когда «рисунок» схемы нанесен на кремниевую пластину, прежде чем нарезать ее на отдельные чипы, нужно удалить лишние металлы и другие вещества. «Мы сможем увидеть исходные процессы», — говорит Росс.

Хотя IBM известна главным образом как производитель компьютеров, она остается одной из ведущих компаний в области микроскопии. Ученые из IBM получили Нобелевскую премию за разработку сканирующего туннельного микроскопа, применяемого в нанотехнологии. 

 Предыдущие публикации: