从原子水平检测硅材料的技术出炉

2010-10-11 15:11 来源: 科技日报
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有望研发出新型硅结构材料

  据美国物理学家组织网报道,美北卡罗莱纳州立大学科学家们研究出一种先进的方法,能从原子尺度分析出硅材料里的组合成分。这种技术增进了人们对原子结合形式的理解和控制,有望改善硅材料的结构性能,开发高效微晶片和新型设备。相关研究发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)网站上。

  相邻原子之间的化学反应形成了化学键,决定了不同材料各自的特性。“基本上,化学键就是一种把两个原子粘在一起的胶水,正是这种胶水决定了材料的特性,比如硬度、透明度等。”研究合作者、北卡罗莱纳大学物理副教授凯南·甘道杜博士说,不同材料靠在一起很近时,就会形成化学键。在化学键形成过程中,利用张力能影响硅晶体的排布序列。制造商以硅为基础材料来开发电子设备,他们知道张力可以对化学键的形成产生影响,但还不能在原子水平理解这一过程。

  研究小组发明了一种先进的分析方法,能在特定方向实时探测化学键的形成,并做出反馈。结合光谱分析方法,研究人员能在原子水平对整个过程进行研究。他们演示了对氧化羟基硅(oxidation of H-terminated Si)的控制和测量。从外部施加一个单轴张力,利用二次谐波产生(second-harmonic generation,SHG)和非线性光学的各向异性对化学键模型进行了检测。在整个系统中,处于张力方向上的化学键氧化速度比垂直方向的更快,从而产生了各向异性,导致了瞬间的结构改变,这种改变能被SHG检测出来。

  据甘道杜介绍,即使施加很小的张力,也会在一定方向产生化学反应,形成分子键或原子键,导致结构变化。能从一个特定方向上影响化学反应,我们就能在制造过程中有更多选择,有望制造出新结构材料。

  北卡罗莱纳大学物理教授戴维·阿斯波尼斯说,张力作用会长时间影响整个化学过程,此前还没人观察过外加张力对单个化学键形成造成的影响。尽管我们能施加某个方向的力来控制整个反应速率,但还需要进一步认识其中的隐藏因素,从而最终制造出性能更佳的硅基材料,开发出效率更高的新设备。