電子顕微鏡が半導体の「マウスバイト」による欠陥を可視化 (Electron microscopy shows ‘mouse bite’ defects in semiconductors)

2026-03-02 アメリカ合衆国・コーネル大学

コーネル大学の研究チームは、高分解能電子顕微鏡を用いて、半導体内部に形成される「マウスバイト欠陥」と呼ばれる微細欠陥構造を詳細に可視化することに成功した。マウスバイト欠陥は、材料表面や界面に生じる不規則な欠損構造で、電子移動を妨げ、半導体性能や信頼性低下の原因となる。研究では、原子レベルの電子顕微鏡観察と計算解析を組み合わせることで、欠陥形成のメカニズムや電子状態への影響を解明した。特に、欠陥周辺で局所的な電荷分布や結晶構造変化が生じ、デバイス性能に大きな影響を与えることを示した。成果は、次世代半導体材料や高性能電子デバイスの設計改善につながる可能性があり、欠陥制御による高効率・高信頼性半導体開発への応用が期待される。

電子顕微鏡が半導体の「マウスバイト」による欠陥を可視化 (Electron microscopy shows ‘mouse bite’ defects in semiconductors)
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This image shows the silicon, silicon dioxide and hafnium oxide layers inside a transistor channel.

<関連情報>

電子プティコグラフィーによるゲートオールアラウンドトランジスタの歪み緩和と粗さの3D原子スケール計測 3D atomic-scale metrology of strain relaxation and roughness in Gate-All-Around transistors via electron ptychography

Shake Karapetyan,Steven E. Zeltmann,Glen Wilk,Ta-Kun Chen,Vincent D.-H. Hou & David A. Muller
Nature Communications  Published:23 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-69733-1

Abstract

Next-generation semiconductor devices are adopting three-dimensional (3D) architectures with feature sizes in the few-nanometer regime, creating a need for atomic-scale metrology to identify and resolve performance-limiting fabrication challenges. X-ray methods provide 3D information but lack atomic resolution, while conventional electron microscopy offers limited depth sensitivity. Here we show how multislice electron ptychography, a computational microscopy technique with sub-Ångström lateral and nanometer-scale depth resolution, enables 3D imaging of buried device structures. We image prototype gate-all-around transistors and directly quantify roughness, strain, and defects at the interface of the 3D gate oxide wrapped around the channel. We find that silicon in the 5-nm-thick channel relaxes away from the interfaces, leaving only ~60% of atoms in a bulk-like structure. From a single dataset, ptychography provides quantitative metrology of atomic-scale interface roughness in 3D, previously accessible only through indirect inference, along with strain and other structural parameters needed for device modeling and process development.

0403電子応用
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