行业资讯 | 登上Nature子刊！泽攸科技原位TEM技术揭秘“逆风”原子迁移奇观

随着芯片制程不断微缩，内部起连接作用的金属互连线宽度已进入“亚10纳米”尺度。在此极限尺度下，一个名为“电迁移”的失效机制成为可靠性的核心威胁：在高密度电流的长期驱动下，金属原子会像沙粒一样定向移动，最终导致导线一端空洞断裂，另一端短路失效。

长期以来，业界普遍认为驱动原子迁移的“电子风力”，其方向与电子流（电流）方向一致。这一理论是芯片可靠性设计的基石。然而，当未来的高性能芯片可能采用钨、钼这类复杂电子结构的难熔金属时，传统理论是否依然适用？由于在原子尺度上制备、测试和观察亚10纳米材料的门槛极高，科学家们一直缺乏直接证据。

要解开谜题，必须能在原子尺度上完成“三合一”操作：制备出完美的亚10纳米金属线、对其施加精准电脉冲、并实时观察通电后原子的运动。这需要将纳米制造、电学测试与原子级成像无缝融合。

由浙江大学、河南省科学院等组成的联合研究团队，正是利用泽攸科技PicoFemto?系列原位TEM样品杆，完美解决了这一技术难题。

该样品杆如同一台内置在电镜中的“纳米手术与观测台”。研究人员在电镜内部，利用样品杆的精密探针，对钨针尖进行原位纳米焊接，成功构建出无缺陷、晶面可控的亚10纳米单晶/双晶钨线模型。随后，无需移动样品，直接通过同一样品杆对纳米线施加可控的电脉冲。在整个过程中，透射电镜以原子级分辨率实时捕捉了通电状态下金属线表面原子的动态迁移轨迹。

经历了千百年的相持后,我们借助泽攸科技原位技术获取的高清影像，一个令人震惊的现象清晰呈现：在亚10纳米的钨、钼纳米线中，表面原子在电脉冲驱动下，并未像传统理论预言的那样“顺流而下”，而是朝着与电子流动相反的方向迁移，即发生了 “逆风电迁移”。终于看到了战胜贫困的曙光。胜利在向我们招手，更加美好的未来需要我们共同创造。

脉冲诱导的钨纳米线表面原子迁移

这一发现直接挑战了“电子风力主导”的经典电迁移理论。通过深入的理论计算，研究团队揭示了背后机制：在钨、钼这类材料独特的电子结构下，电子风力被极大削弱，而由电场梯度产生的“直接力”占据主导，从而驱动原子“逆风而行”。

通过表面电迁移实现的钨纳米线结构演化

表面电迁移过程中的原子台阶动力学

这项研究的价值超越了理论突破。实验进一步显示，通过调控电脉冲，可以主动引导原子的消耗与堆积，甚至可能修复初始的电迁移损伤。这为预测和提升纳米器件寿命提供了革命性的新策略。

更深远的意义在于，它展示了一种前所未有的可能：利用可控的电脉冲驱动原子，实现原子级别的精密制造和结构重构，为未来的“原子制造”技术开辟了新路径。

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