Röntgen vid MAX IV undersöker framtida nanoelektronik

Tack vare ett nytt innovativt koncept* har MAX IV banat väg för fjärde generationens synkrotroner. I en ny forskningsartikel bevisas den revolutionerande inverkan som MAX IV:s röntgenljus kan ha för utvecklingen av nanoelektronik, både inom grundforskningen och för industriella tillverkare.

Tutti Johansson Falk – Publicerad den 29 juli 2020

Processen med nanofokuserade röntgenstrålar spridda från en enda nanotrådstransistor. Illustration: Dmitry Dzhigaev, Lunds universitet

Ett team från Lunds universitets institution för elektro- och informationsteknik, institutionen för fysik och NanoLund, har varit på MAX IV för att studera nanotrådar och bevisade att röntgen från fjärde generationens synkrotroner är nyckeln för att utveckla nya nanodiffraktions- och bildtekniker för karakterisering av nanostrukturer.

Vid strålröret NanoMAX gjorde forskare framgångsrikt icke-förstörande observationer av nanotrådstrukturer för första gången.

 Det tog oss bara två dagar att framgångsrikt genomföra experimenten, säger Dmitry Dzhigaev, artikelns huvudförfattare. Vi kunde dessutom komma åt längdskalor som är mycket svåra att nå med röntgen från äldre generationers röntgenkällor.

Ett avgörande steg i utvecklingen av elektronik är att utvärdera produktionsprocessens kvalitet. Detta är oerhört utmanande när de elektroniska komponenterna är i nanometerskalan (en miljarddels meter). För närvarande måste nanoelektronik, som till exempel nanotrådar, isoleras för att kunna analyseras.

 Hittills har vi undersökt isolerade strukturer, som egentligen inte liknar någon praktisk tillämpning. Vi hade inget sätt att förstå vad som händer med de funktionella delarna i en mikroprocessor, säger Dmitry Dzhigaev.

I praktiska tillämpningar monteras olika nanokomponenter i komplexa strukturer, där samspelet mellan olika delar, liksom själva monteringsprocessen, påverkar komponenternas slutkvalitet.

 Om du vill skapa nya nanostrukturer måste du kunna bedöma hur komponenterna samverkar och beter sig när de har monterats. Detta är något som före fjärde generationens röntgenkällor inte kunde göras utan att dagtinga med provet som undersöks.

Det finns en tydlig potential för användning av dessa nya analystekniker inom industriell tillverkning av nanoelektronik. De nya röntgenteknikerna ger tillverkare möjlighet att ha en mer detaljerad kontroll på produktionsprocessen och därmed förhindra brister i produktionen.

 Företag som producerar nanoelektronik måste kunna fastställa att slutprodukten motsvarar designen. Detta är särskilt viktigt när det gäller säkerhet, säger Dmitry Dzhigaev.

Forskare vid elektro- och informationstekniska institutionen vid Lunds universitet studerar hur man gör processorer mer energieffektiva.

 Det finns förhållanden inom utforskning av rymden där energitillgången är begränsad. Genom att använda olika element i olika kombinationer kan vi hjälpa till att göra processorer mer energieffektiva.

Röntgen från MAX IV är en avgörande framgångsfaktor, eftersom det gör det möjligt för forskare att undersöka kvalitet och beteende hos fullmonterad nanoelektronik utan att förändra provet som undersöks.

Forskningsartikeln är ännu ett bevis på den inverkan som den nya generationens synkrotroner har för områden som materialvetenskap och teknik. MAX IV gör verkligen det osynliga synligt.

* Det innovativa konceptet heter MBA multi-bend achromats eller ”flerböjsakromater”