X射線以創紀錄精度洞察微芯片“內心”

瑞士保羅謝勒研究所、洛桑聯邦理工學院、蘇黎世聯邦理工大學和美國南加州大學科學家合作，首次使用X射線，以4納米超高精度觀測了先進計算機微芯片的“內心”，創造了新的世界紀錄。研究團隊制作的高分辨率三維圖像，有望推動信息技術和生命科學等領域取得顯著進展。相關論文發表于新一期《自然》雜志。

目前，一塊微芯片上能夠集成上百億甚至更多晶體管，其制造過程復雜而精細，對由此產生的結構進行表征和映射面臨極大困難。雖然掃描電子顯微鏡的分辨率可達幾納米，非常適合對微型晶體管進行成像，但它們通常只能生成物體表面的二維圖像。若需獲取三維圖像，則必須逐層檢查芯片，而這會破壞芯片結構。

X射線能更深入地穿透材料，利用X射線斷層掃描技術可在不破壞芯片的情況下，生成三維圖像。然而，現有的X射線技術難以對微芯片這類微型結構進行精確成像。

為克服這一難題，研究團隊使用疊層相干衍射成像技術作為解決方案。

這項技術使X射線光束不是聚焦于樣品的某個納米點，而是讓樣品在納米尺度移動，使照射在其上的X射線光束的移動路徑形成一個精密網格，網格上的每個點都會記錄樣品的衍射圖案。由于單個網格點間距離小于光束直徑，成像區域存在重疊，因此可提供足夠多的信息，算法據此能以高分辨率重建樣本圖像。

2017年，研究團隊成功以15納米的分辨率對計算機芯片進行了空間成像，創下當時的紀錄。此后，他們一直致力于提升這一技術的精度。在最新研究中，通過采用更短的曝光時間和更先進的算法，他們以4納米的分辨率打破了此前的紀錄。

研究團隊指出，這項技術不限于洞察微芯片的“內心”，還能為生命科學等領域的樣品內部精確成像，從而推動相關領域的進一步發展。