從原子水平檢測硅材料的技術出爐

有望研發出新型硅結構材料

　　據美國物理學家組織網報道，美北卡羅萊納州立大學科學家們研究出一種先進的方法，能從原子尺度分析出硅材料里的組合成分。這種技術增進了人們對原子結合形式的理解和控制，有望改善硅材料的結構性能，開發高效微晶片和新型設備。相關研究發表在美國《國家科學院院刊》（PNAS）網站上。

　　相鄰原子之間的化學反應形成了化學鍵，決定了不同材料各自的特性。“基本上，化學鍵就是一種把兩個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、北卡羅萊納大學物理副教授凱南·甘道杜博士說，不同材料靠在一起很近時，就會形成化學鍵。在化學鍵形成過程中，利用張力能影響硅晶體的排布序列。制造商以硅為基礎材料來開發電子設備，他們知道張力可以對化學鍵的形成產生影響，但還不能在原子水平理解這一過程。

　　研究小組發明了一種先進的分析方法，能在特定方向實時探測化學鍵的形成，并做出反饋。結合光譜分析方法，研究人員能在原子水平對整個過程進行研究。他們演示了對氧化羥基硅（oxidation of H-terminated Si）的控制和測量。從外部施加一個單軸張力，利用二次諧波產生（second-harmonic generation，SHG）和非線性光學的各向異性對化學鍵模型進行了檢測。在整個系統中，處于張力方向上的化學鍵氧化速度比垂直方向的更快，從而產生了各向異性，導致了瞬間的結構改變，這種改變能被SHG檢測出來。

　　據甘道杜介紹，即使施加很小的張力，也會在一定方向產生化學反應，形成分子鍵或原子鍵，導致結構變化。能從一個特定方向上影響化學反應，我們就能在制造過程中有更多選擇，有望制造出新結構材料。

　　北卡羅萊納大學物理教授戴維·阿斯波尼斯說，張力作用會長時間影響整個化學過程，此前還沒人觀察過外加張力對單個化學鍵形成造成的影響。盡管我們能施加某個方向的力來控制整個反應速率，但還需要進一步認識其中的隱藏因素，從而最終制造出性能更佳的硅基材料，開發出效率更高的新設備。