使用X射線超高精度觀測微芯片“內(nèi)心”

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)微芯片這類微型結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確成像。

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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。