Image artistique du nouvel outil d’inspection pour l’électronique ultrarapide avec faisceaux d’électrons femtosecondes. Crédit et droit d’auteur : Dr Mikhail Volkov, édité
Des chercheurs de l’Université de Constance ont réussi à filmer le fonctionnement de circuits électroniques extrêmement rapides au microscope électronique à une bande passante de plusieurs dizaines de térahertz.
La demande croissante d’un traitement de l’information toujours plus rapide a marqué le début d’une nouvelle ère de recherche axée sur l’électronique à grande vitesse fonctionnant à des fréquences proches des régimes térahertz et pétahertz. Alors que les appareils électroniques existants fonctionnent principalement dans la gamme des gigahertz, l’avant-garde de l’électronique s’oriente vers les ondes millimétriques, et les premiers prototypes de transistors à grande vitesse, de plates-formes photoniques hybrides et de métadispositifs térahertz commencent à relier les domaines électronique et optique.
Cependant, la caractérisation et le diagnostic de tels dispositifs posent un défi important en raison des limites des outils de diagnostic disponibles, notamment en termes de vitesse et de résolution spatiale. Comment mesurer un appareil révolutionnaire s’il est le plus rapide et le plus petit de son genre ?
Solution de diagnostic innovante
En réponse à ce défi, une équipe de chercheurs de l’Université de Constance propose désormais une solution innovante : ils créent des impulsions électroniques femtosecondes dans un microscope électronique à transmission, les compressent avec une lumière laser infrarouge jusqu’à une durée de seulement 80 femtosecondes et les synchronisent avec l’énergie interne. champs d’une ligne de transmission électronique déclenchée par laser à l’aide d’un interrupteur photoconducteur. Ensuite, à l’aide d’une approche pompe-sonde, les chercheurs détectent directement les champs électromagnétiques locaux dans leurs appareils électroniques en fonction de l’espace et du temps.
Ce nouveau type de sonde à faisceau d’électrons ultrarapide fournit des résolutions femtoseconde, nanométrique et millivolt dans des conditions de fonctionnement normales, c’est-à-dire sans affecter le fonctionnement in situ du dispositif. Seul le matériau du substrat doit être aminci pour devenir transparent au faisceau électronique.
Faire progresser l’électronique de nouvelle génération
Cette approche de sonde à faisceau d’électrons femtoseconde ouvre de nouvelles frontières dans la recherche et le développement de l’électronique de nouvelle génération, car les résolutions de diagnostic sont désormais, en principe, limitées uniquement par la longueur d’onde de Broglie des électrons dans le microscope et la période de cycle du laser infrarouge. lumière appliquée pour la compression entièrement optique des impulsions électroniques.
Avec de telles résolutions, le nouvel outil offre un aperçu sans précédent des futurs circuits électroniques et peut guider leur conception vers de nouvelles applications.
La polyvalence du nouveau concept et son intégration transparente dans les dispositifs d’inspection par faisceau d’électrons existants dans l’industrie des semi-conducteurs devraient en faire un atout prometteur pour faire progresser l’électronique ultrarapide vers des capacités inexplorées.
Financement : Fondation allemande pour la recherche (DFG) dans le cadre du Centre de recherche collaboratif « Fluctuations et non-linéarités dans la matière classique et quantique au-delà de l’équilibre » (SFB 1432) ; Bourse Marie Skłodowska-Curie no. 896148-STMICRO ; Fonds pour les jeunes chercheurs de l’Université de Constance.
