美国高校结合企业打破：高分辩率3D成像初次“看清”芯片原子级缺点

美国康奈尔大学研究团队近日联合台积电与先进半导体材料公司（ASM），在半导体缺陷检测领域实现关键技术突破。科研人员首次运用高分辨率3D成像技术，成功捕捉到芯片内部原子级结构的"鼠咬"缺陷，相关成果已发表于《自然通讯》期刊。

这种被称为"鼠咬"的微观缺陷表现为晶体管界面处的微小缺口，形成于芯片制造过程中。研究团队负责人大卫·A·穆勒教授解释，当晶体管通道宽度缩小至15-18个原子尺度时，这类缺陷会显著阻碍电子流动，导致芯片性能下降。他形象地将晶体管比作电子流动的"微型管道"，指出管道内壁的任何粗糙都会降低传输效率。

传统检测手段主要依赖投影图像推测内部结构，而新研发的电子叠影成像技术（ptychography）可直接观测关键工序后的芯片状态。这项技术通过捕捉晶体管内部的细微结构变化，使工程师能够精准定位缺陷位置，为工艺参数调整提供可靠依据。穆勒教授强调，这是目前唯一能直接观测原子级缺陷的检测方法。

在芯片制造领域，纳米级工艺偏差都可能引发性能损耗。以高性能芯片为例，其晶体管通道宽度仅相当于十几个原子排列的距离，这对检测精度提出了极高要求。新技术的突破为芯片开发阶段提供了重要特征化工具，可显著提升故障识别效率和调试精度。

研究团队透露，后续将深化电子叠影成像技术的应用研究，重点探索缺陷形成机理与抑制方法。这项技术有望在人工智能芯片和高性能计算领域发挥关键作用，通过提升芯片可靠性满足不断增长的算力需求。目前，科研人员正在优化成像系统的分辨率和检测速度，以适应工业化生产节奏。