從原子水平檢測硅材料的技術出爐
據美國物理學家組織網報道,美北卡羅萊納州立大學科學家們研究出一種先進的方法,能從原子尺度分析出硅材料里的組合成分。這種技術增進了人們對原子結合形式的理解和控制,有望改善硅材料的結構性能,開發高效微晶片和新型設備。相關研究發表在《美國國家科學院院刊》網站上。
相鄰原子之間的化學反應形成了化學鍵,決定了不同材料各自的特性。“基本上,化學鍵就是一種把兩個原子粘在一起的膠水,正是這種膠水決定了材料 的特性,比如硬度、透明度等。”研究合作者、北卡羅萊納大學物理副教授凱南·甘道杜博士說,不同材料靠在一起很近時,就會形成化學鍵。在化學鍵形成過程 中,利用張力能影響硅晶體的排布序列。制造商以硅為基礎材料來開發電子設備,他們知道張力可以對化學鍵的形成產生影響,但還不能在原子水平理解這一過程。
研究小組發明了一種先進的分析方法,能在特定方向實時探測化學鍵的形成,并做出反饋。結合光譜分析方法,研究人員能在原子水平對整個過程進行研 究。他們演示了對氧化羥基硅(oxidation of H-terminated Si)的控制和測量。從外部施加一個單軸張力,利用二次諧波產生(second-harmonic generation,SHG)和非線性光學的各向異性對化學鍵模型進行了檢測。在整個系統中,處于張力方向上的化學鍵氧化速度比垂直方向的更快,從而產 生了各向異性,導致了瞬間的結構改變,這種改變能被SHG檢測出來。
據甘道杜介紹,即使施加很小的張力,也會在一定方向產生化學反應,形成分子鍵或原子鍵,導致結構變化。能從一個特定方向上影響化學反應,我們就能在制造過程中有更多選擇,有望制造出新結構材料。
北卡羅萊納大學物理教授戴維·阿斯波尼斯說,張力作用會長時間影響整個化學過程,此前還沒人觀察過外加張力對單個化學鍵形成造成的影響。盡管我 們能施加某個方向的力來控制整個反應速率,但還需要進一步認識其中的隱藏因素,從而最終制造出性能更佳的硅基材料,開發出效率更高的新設備。
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