從原子水平檢測(cè)硅材料的技術(shù)出爐
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，美北卡羅萊納州立大學(xué)科學(xué)家們研究出一種先進(jìn)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(shù)增進(jìn)了人們對(duì)原子結(jié)合形式的理解和控制，有望改善硅材料的結(jié)構(gòu)性能，開發(fā)高效微晶片和新型設(shè)備。相關(guān)研究發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》網(wǎng)站上。
相鄰原子之間的化學(xué)反應(yīng)形成了化學(xué)鍵，決定了不同材料各自的特性。“基本上，化學(xué)鍵就是一種把兩個(gè)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(xué)物理副教授凱南·甘道杜博士說(shuō)，不同材料靠在一起很近時(shí)，就會(huì)形成化學(xué)鍵。在化學(xué)鍵形成過(guò)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(chǔ)材料來(lái)開發(fā)電子設(shè)備，他們知道張力可以對(duì)化學(xué)鍵的形成產(chǎn)生影響，但還不能在原子水平理解這一過(guò)程。
研究小組發(fā)明了一種先進(jìn)的分析方法，能在特定方向?qū)崟r(shí)探測(cè)化學(xué)鍵的形成，并做出反饋。結(jié)合光譜分析方法，研究人員能在原子水平對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行研 究。他們演示了對(duì)氧化羥基硅(oxidation of H-terminated Si)的控制和測(cè)量。從外部施加一個(gè)單軸張力，利用二次諧波產(chǎn)生(second-harmonic generation，SHG)和非線性光學(xué)的各向異性對(duì)化學(xué)鍵模型進(jìn)行了檢測(cè)。在整個(gè)系統(tǒng)中，處于張力方向上的化學(xué)鍵氧化速度比垂直方向的更快，從而產(chǎn) 生了各向異性，導(dǎo)致了瞬間的結(jié)構(gòu)改變，這種改變能被SHG檢測(cè)出來(lái)。
據(jù)甘道杜介紹，即使施加很小的張力，也會(huì)在一定方向產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成分子鍵或原子鍵，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化。能從一個(gè)特定方向上影響化學(xué)反應(yīng)，我們就能在制造過(guò)程中有更多選擇，有望制造出新結(jié)構(gòu)材料。
北卡羅萊納大學(xué)物理教授戴維·阿斯波尼斯說(shuō)，張力作用會(huì)長(zhǎng)時(shí)間影響整個(gè)化學(xué)過(guò)程，此前還沒(méi)人觀察過(guò)外加張力對(duì)單個(gè)化學(xué)鍵形成造成的影響。盡管我 們能施加某個(gè)方向的力來(lái)控制整個(gè)反應(yīng)速率，但還需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)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(fā)出效率更高的新設(shè)備。
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