在近60年的時(shí)間里,，信息時(shí)代給了世界互聯(lián)網(wǎng),、智能手機(jī)和快如閃電的計(jì)算機(jī)。這是因?yàn)槊績赡昕裳b入計(jì)算機(jī)芯片的晶體管數(shù)量增加了一倍左右,，從而產(chǎn)生了數(shù)十億個(gè)原子尺度的晶體管,，其可以裝入一個(gè)指甲大小的設(shè)備。甚至個(gè)別原子也可以在這種“原子長度”的長度內(nèi)被觀察和計(jì)數(shù),。

　　物理極限

　　隨著這種翻倍達(dá)到其物理極限,，美國能源部（DOE）的普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）已經(jīng)加入了工業(yè)界的努力以延長這一過程并尋找新的技術(shù)來制造更強(qiáng)大、更高效和更經(jīng)濟(jì)的芯片,。在跟全球芯片制造設(shè)備生產(chǎn)商Lam Research Corp.簽訂的合作研究與開發(fā)協(xié)議下進(jìn)行的第一項(xiàng)PPPL研究中,，實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家通過使用建模正確預(yù)測了原子級芯片生產(chǎn)中的一個(gè)基本階段。

　　“這將是整個(gè)過程中的一個(gè)小環(huán)節(jié),，”負(fù)責(zé)低溫等離子體表面相互作用的實(shí)驗(yàn)室副主任,、普林斯頓大學(xué)化學(xué)和生物工程系教授David Graves說道，“通過建模獲得的見解可以導(dǎo)致各種好事,，這就是為什么實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)工作有一些希望,。”據(jù)悉,，Graves是《Journal of Vacuum Science & Technology B》上一篇概述該研究結(jié)果的論文的共同作者,。

　　Graves表示：“迄今為止，工業(yè)界已經(jīng)成功地使用經(jīng)驗(yàn)方法來開發(fā)創(chuàng)新的新工藝,，但更深入的基本了解將加速這一進(jìn)程,。基礎(chǔ)研究需要時(shí)間,，另外并不需要工業(yè)界總是擁有的專業(yè)知識,。這為實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)這項(xiàng)工作創(chuàng)造了強(qiáng)大的動(dòng)力,。”

　　PPPL的科學(xué)家們則對“原子層蝕刻（ALE）”進(jìn)行了建模,。這是一個(gè)越來越關(guān)鍵的制造步驟,，旨在一次從一個(gè)表面去除單個(gè)原子層。這一過程可用于在硅片上的薄膜上蝕刻復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),，其關(guān)鍵尺寸比人的頭發(fā)還要細(xì)幾千倍,。

　　基本一致

　　PPPL的博士后、該期刊論文的第一作者Joseph Vella表示：“作為第一步,，模擬結(jié)果基本上跟實(shí)驗(yàn)一致并可能導(dǎo)致對使用ALE進(jìn)行原子尺度蝕刻的理解的改進(jìn),。而這一切都始于建立我們對原子層蝕刻的基本理解?！彼赋?，理解的提高將使PPPL能調(diào)查諸如表面損傷的程度和ALE期間形成的粗糙度。

　　據(jù)了解,，該模型模擬了依次使用氯氣和氬氣等離子體離子來控制原子尺度上的硅蝕刻過程,。等離子體或電離氣體是一種由自由電子、帶正電的離子和中性分子組成的混合物,。用于半導(dǎo)體設(shè)備加工的等離子體接近室溫,，這跟核聚變實(shí)驗(yàn)中使用的超高溫等離子體相反。

　　Graves表示：“Lam Research的一個(gè)令人驚訝的經(jīng)驗(yàn)性發(fā)現(xiàn)是,，當(dāng)離子能量比我們開始時(shí)的能量高得多時(shí),，ALE過程會(huì)變得特別有效。因此,，這將是我們下一步的模擬工作--看看我們是否能理解當(dāng)離子能量高得多時(shí)發(fā)生了什么及為什么它這么好,。”

　　展望未來,，Graves指出--“整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)正在考慮在材料和要使用的設(shè)備類型方面進(jìn)行重大擴(kuò)展,，而這種擴(kuò)展也必須以原子級的精度進(jìn)行處理。美國的目標(biāo)是在利用科學(xué)解決重要的工業(yè)問題方面引領(lǐng)世界,，而我們的工作是其中的一部分,。”