隨著芯片制程不斷微縮，內(nèi)部起連接作用的金屬互連線寬度已進(jìn)入“亞10納米”尺度。在此極限尺度下，一個(gè)名為“電遷移”的失效機(jī)制成為可靠性的核心威脅：在高密度電流的長期驅(qū)動(dòng)下，金屬原子會(huì)像沙粒一樣定向移動(dòng)，最終導(dǎo)致導(dǎo)線一端空洞斷裂，另一端短路失效。

長期以來，業(yè)界普遍認(rèn)為驅(qū)動(dòng)原子遷移的“電子風(fēng)力”，其方向與電子流（電流）方向一致。這一理論是芯片可靠性設(shè)計(jì)的基石。然而，當(dāng)未來的高性能芯片可能采用鎢、鉬這類復(fù)雜電子結(jié)構(gòu)的難熔金屬時(shí)，傳統(tǒng)理論是否依然適用？由于在原子尺度上制備、測(cè)試和觀察亞10納米材料的門檻ji高，科學(xué)家們一直缺乏直接證據(jù)。

要解開謎題，必須能在原子尺度上完成“三合一”操作：制備出wan美的亞10納米金屬線、對(duì)其施加精準(zhǔn)電脈沖、并實(shí)時(shí)觀察通電后原子的運(yùn)動(dòng)。這需要將納米制造、電學(xué)測(cè)試與原子級(jí)成像無縫融合。

由浙江大學(xué)、河南省科學(xué)院等組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，正是利用澤攸科技PicoFemto®系列原位TEM樣品桿，wan美解決了這一技術(shù)難題。

該樣品桿如同一臺(tái)內(nèi)置在電鏡中的“納米手術(shù)與觀測(cè)臺(tái)”。研究人員在電鏡內(nèi)部，利用樣品桿的精密探針，對(duì)鎢針尖進(jìn)行原位納米焊接，成功構(gòu)建出無缺陷、晶面可控的亞10納米單晶/雙晶鎢線模型。隨后，無需移動(dòng)樣品，直接通過同一樣品桿對(duì)納米線施加可控的電脈沖。在整個(gè)過程中，透射電鏡以原子級(jí)分辨率實(shí)時(shí)捕捉了通電狀態(tài)下金屬線表面原子的動(dòng)態(tài)遷移軌跡。

經(jīng)歷了千百年的相持后,我們借助澤攸科技原位技術(shù)獲取的高清影像，一個(gè)令人震驚的現(xiàn)象清晰呈現(xiàn)：在亞10納米的鎢、鉬納米線中，表面原子在電脈沖驅(qū)動(dòng)下，并未像傳統(tǒng)理論預(yù)言的那樣“順流而下”，而是朝著與電子流動(dòng)相反的方向遷移，即發(fā)生了 “逆風(fēng)電遷移”。終于看到了戰(zhàn)勝貧困的曙光。勝利在向我們招手，更加美好的未來需要我們共同創(chuàng)造。

脈沖誘導(dǎo)的鎢納米線表面原子遷移

這一發(fā)現(xiàn)直接挑戰(zhàn)了“電子風(fēng)力主導(dǎo)”的經(jīng)典電遷移理論。通過深入的理論計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)揭示了背后機(jī)制：在鎢、鉬這類材料獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)下，電子風(fēng)力被極大削弱，而由電場(chǎng)梯度產(chǎn)生的“直接力”占據(jù)主導(dǎo)，從而驅(qū)動(dòng)原子“逆風(fēng)而行”。

通過表面電遷移實(shí)現(xiàn)的鎢納米線結(jié)構(gòu)演化

表面電遷移過程中的原子臺(tái)階動(dòng)力學(xué)

這項(xiàng)研究的價(jià)值超越了理論突破。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步顯示，通過調(diào)控電脈沖，可以主動(dòng)引導(dǎo)原子的消耗與堆積，甚至可能修復(fù)初始的電遷移損傷。這為預(yù)測(cè)和提升納米器件壽命提供了革命性的新策略。

更深遠(yuǎn)的意義在于，它展示了一種前 suo wei 有的可能：利用可控的電脈沖驅(qū)動(dòng)原子，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)別的精密制造和結(jié)構(gòu)重構(gòu)，為未來的“原子制造”技術(shù)開辟了新路徑。