在近60年的時間里，信息時代給了世界互聯(lián)網(wǎng)、智能手機和快如閃電的計算機。這是因為每兩年可裝入計算機芯片的晶體管數(shù)量增加了一倍左右，從而產(chǎn)生了數(shù)十億個原子尺度的晶體管，其可以裝入一個指甲大小的設(shè)備。甚至個別原子也可以在這種“原子長度”的長度內(nèi)被觀察和計數(shù)。

　　物理極限

　　隨著這種翻倍達(dá)到其物理極限，美國能源部(DOE)的普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)已經(jīng)加入了工業(yè)界的努力以延長這一過程并尋找新的技術(shù)來制造更強大、更高效和更經(jīng)濟的芯片。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)議下進行的第一項PPPL研究中，實驗室科學(xué)家通過使用建模正確預(yù)測了原子級芯片生產(chǎn)中的一個基本階段。

　　“這將是整個過程中的一個小環(huán)節(jié)，”負(fù)責(zé)低溫等離子體表面相互作用的實驗室副主任、普林斯頓大學(xué)化學(xué)和生物工程系教授David Graves說道，“通過建模獲得的見解可以導(dǎo)致各種好事，這就是為什么實驗室的這項工作有一些希望?！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)驗方法來開發(fā)創(chuàng)新的新工藝，但更深入的基本了解將加速這一進程?；A(chǔ)研究需要時間，另外并不需要工業(yè)界總是擁有的專業(yè)知識。這為實驗室承擔(dān)這項工作創(chuàng)造了強大的動力。”

　　PPPL的科學(xué)家們則對“原子層蝕刻(ALE)”進行了建模。這是一個越來越關(guān)鍵的制造步驟，旨在一次從一個表面去除單個原子層。這一過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)果基本上跟實驗一致并可能導(dǎo)致對使用ALE進行原子尺度蝕刻的理解的改進。而這一切都始于建立我們對原子層蝕刻的基本理解?！彼赋觯斫獾奶岣邔⑹筆PPL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控制原子尺度上的硅蝕刻過程。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，這跟核聚變實驗中使用的超高溫等離子體相反。

　　Graves表示：“Lam Research的一個令人驚訝的經(jīng)驗性發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)離子能量比我們開始時的能量高得多時，ALE過程會變得特別有效。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)離子能量高得多時發(fā)生了什么及為什么它這么好?！?/p>

　　展望未來，Graves指出--“整個半導(dǎo)體行業(yè)正在考慮在材料和要使用的設(shè)備類型方面進行重大擴展，而這種擴展也必須以原子級的精度進行處理。美國的目標(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>