半導體中的原子區域為微電子設計設計提供了新的途徑

在供您閱讀的設備的微芯片中，原子具有隱藏的順序。由勞倫斯·伯克利（Lawrence Berkeley）國家實驗室（Lab Berkeley Lab）和華盛頓大學喬治·華盛頓（George Washington）領導的團隊證實，半導體中的原子與改變材料的電子行為的獨特局部模型不同。

學習， 出版 v 科學它可以為開髮用於國防技術的量子計算機和光電設備的專門半導體提供基礎。

在原子尺度上，半導體是來自位於晶格重複結構的不同元素的晶體。許多半導體主要來自一個元素，另外幾個元素卻少量添加。這些痕量添加劑不足以在整個材料中引起第二張圖片，但是這些原子如何位於直接鄰居旁邊是一個謎。

稀有成分是否只是在合成材料合成過程中普遍原子之間隨機定居，或者原子具有首選的排列，在其他稱為短期順序（SRO）的材料中觀察到的現象？到目前為止，沒有顯微鏡或特徵技術可以非常緊密地增加，並且具有足夠的清晰度來探索晶體結構的微小區域並直接解釋SRO。

“這是一個有趣的科學問題，因為SRO急劇改變了材料的特性。我們的同事在半導體中預測了SRO，但這是實驗表明這些SRO領域的個體結構的第一次。 Stceercem。 Stceercem。 Stceercererce Aterey和Antymerem。科學技術科學。

次要的實驗室是用於生產半導體（µ攻擊）的原子訂購中心的一部分，即能源部能源邊界（DOE）的研究中心（DOE），重點介紹了對半導體原子秩序的理解。他說：“我們的結果令人興奮，因為改變這種本地訂購的財產是微電子的最重要特性，這是控制電子特性的禁令中的差距。”

突破性的時刻是在莉蓮·福格（Lilian Fogl）的第一作者是當時是未成年人實驗室的後階級研究人員的第一作者，他是通過使用強大的電子顯微鏡的德國模型來研究的，該模型含有少量的錫和矽，首次稱為一個稱為4D-STM的組。最初的結果太困惑了，無法分析來自整齊的德國強信號的衍射電子和矽的弱信號，因此它在系統中引入了一個能量設備以改善對比度。

當下一個數據集開始出現在她的顯示器上時，她很快意識到已經出現了一種新的結果。弱信號更清晰，並且出現重複的模式，這表明原子最終具有首選順序。

為了查看其結論並找出這些模型的含義，VOGL通過4D-STM Energy膜收集了更多數據，並使用了先前訓練的神經網絡來對衍射圖像進行排序。該工具揭示了六個反复的動機，代表了樣本材料中特定的原子測量，但伯克利的實驗室團隊仍然無法確定產生動機的確切核結構。為了解釋他們的實驗結果，他們求助於喬治·華盛頓大學的µ攻擊員工，由公民與環境工程師教授蒂安希·李（Tianshi Lee）領導。

李的團隊創造了機器學習的高準確和有效的潛力，可以在材料結構中對數百萬個原子進行建模，從而使VOGL能夠使用各種可能的結構位置執行模型4D-STEM，直到它發現實驗數據中動機的巧合為止。

李說：“值得注意的是，建模和實驗可以很容易地起作用，以便首先揭示SRO的結構動機。” Lee說，他的團隊先前預測了SRO及其影響力，並有助於激勵當前的研究。

“在實驗上證明SRO並不是一件容易的事，更不用說確定其結構動機了。SRO信號很容易被缺陷或原子在室溫下的整體運動隱藏，仍然沒有明確的方法來分割它們。這項工作是朝著我們更廣泛的目標邁出的第一步。”

Li Group的研究人員Shunda Chen開發了這種模型，他說：“通過將機器學習與第一原理的計算相結合的模型，我們可以以高準確性重複實驗程序，並確定否則隱藏的結構基序。”

隨後的工作是由阿肯色大學和國家實驗室Sandy的其他成員發起的，已經對這些短距離動機如何影響半導體的電子特性以及在不久的將來的科學家來說將是可能的。

“我們將能夠以原子量表開發出半導體的目前可能性以外的邊界，”目前是Max Planck可持續材料研究所的環境和分析電子顯微鏡組負責人Vogl說。

“我們以原子量表打開了信息技術新時代的大門，解鎖了SRO動機的確定性放置，以適應帶有拓撲量子材料到神經形態計算到光學探測器的廣泛技術，這可能會影響廣泛的技術。”