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MIT科學家發現可以增強核材料和計算機芯片耐久性的X射線技術

文章來源：新能源網更新時間：2025-09-04 15:22:21

致力于核材料突破的麻省理工學院科學家們取得了一項對微電子領域具有重大意義的意外發現：他們發現，利用X射線束不僅可以實時觀察材料失效，還可以在實驗過程中精確控制材料內部的應變量。這項新發現有望為增強半導體芯片的電學和光學特性開辟新方法，為工程師提供制造先進微電子器件的實用工具。

這項研究由資深作者 Ericmoore Jossou 及其同事在《Scripta Materialia》中詳細介紹，最初是為了了解關鍵反應堆材料在強輻射下如何分解。

該團隊的裝置包括向通過固態脫濕法制備的鎳樣品發射高度聚焦的高強度X射線——固態脫濕法是通過高溫加熱薄膜形成單晶的工藝。他們的目標是重現核反應堆典型的惡劣條件，并研究其發生時的腐蝕和開裂情況。

隨著實驗的不斷完善，研究團隊發現，通過調整X射線的持續時間和焦點，他們可以通過減弱或增強內部應變來操縱晶體結構。當在鎳和硅基底之間添加一層二氧化硅作為緩沖層時，效果最為明顯。

這一進步超越了學術好奇心，為半導體行業提供了一種可擴展的技術。

應變工程是指故意扭曲材料的晶格以提高性能，是構建更快、更高效芯片的關鍵步驟。傳統上，這涉及機械方法或在制造過程中引入特定層。

麻省理工學院的發現表明，X 射線束可以成為制造芯片時調整應變的精密工具，這對材料科學來說意味著一舉兩得：對核環境中的故障有了更深入的了解，并且為電子制造提供了一種新技術。

這些意想不到的結果是在研究人員嘗試對受力狀態下的鎳晶體進行穩定成像時產生的。制備可用的樣品需要克服一些可能破壞實驗的化學反應，例如鎳和硅之間會形成不必要的化合物。

引入薄二氧化硅緩沖層不僅穩定了晶體，而且還使團隊能夠充分放松應變，以便相位檢索算法實時重建樣品的 3D 形狀。

這種觀察晶體在模擬反應堆條件下三維失效的能力，為設計用于反應堆、海軍推進系統和其他苛刻環境的更堅固的材料提供了關鍵數據。

這項工作由 Ericmoore Jossou、David Simonne、Riley Hultquist、Jiangtao Zhao 和 Andrea Resta 等團隊成員完成，并獲得了麻省理工學院教師啟動基金和美國能源部的資助。研究人員目前計劃將研究擴展到更復雜的合金，并進一步微調緩沖層厚度對應變控制的影響。

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