Imagem artística da nova ferramenta de inspeção para eletrônicos ultrarrápidos com feixes de elétrons de femtossegundos. Crédito e direitos autorais: Dr. Mikhail Volkov, editado
Pesquisadores da Universidade de Konstanz filmaram com sucesso as operações de circuitos eletrônicos extremamente rápidos em um microscópio eletrônico com uma largura de banda de dezenas de terahertz.
A crescente demanda por processamento de informações cada vez mais rápido inaugurou uma nova era de pesquisa focada em eletrônica de alta velocidade operando em frequências próximas aos regimes de terahertz e petahertz. Embora os dispositivos eletrônicos existentes funcionem predominantemente na faixa de gigahertz, a vanguarda da eletrônica está avançando em direção às ondas milimétricas, e os primeiros protótipos de transistores de alta velocidade, plataformas fotônicas híbridas e metadispositivos terahertz estão começando a unir os domínios eletrônico e óptico.
No entanto, caracterizar e diagnosticar tais dispositivos representa um desafio significativo devido às limitações das ferramentas de diagnóstico disponíveis, particularmente em termos de velocidade e resolução espacial. Como medir um dispositivo inovador se ele é o mais rápido e o menor de seu tipo?
Solução de diagnóstico inovadora
Em resposta a este desafio, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Konstanz propõe agora uma solução inovadora: eles criam pulsos de elétrons de femtossegundos em um microscópio eletrônico de transmissão, comprimem-nos com luz laser infravermelha para apenas 80 femtossegundos de duração e sincronizam-nos com o interior. campos de uma linha de transmissão eletrônica acionada por laser com a ajuda de uma chave fotocondutora. Então, usando uma abordagem de bomba-sonda, os pesquisadores detectam diretamente os campos eletromagnéticos locais em seus dispositivos eletrônicos em função do espaço e do tempo.
Este novo tipo de sonda de feixe de elétrons ultrarrápida fornece resoluções de femtossegundos, nanômetros e milivolts sob condições normais de operação, ou seja, sem afetar a operação in-situ do dispositivo. Apenas o material do substrato precisa ser diluído para se tornar transparente ao feixe de elétrons.
Avançando na eletrônica de última geração
Esta abordagem de sonda de feixe de elétrons de femtosegundo abre novas fronteiras na pesquisa e desenvolvimento de eletrônica de próxima geração porque as resoluções de diagnóstico são agora, em princípio, limitadas apenas pelo comprimento de onda de Broglie dos elétrons no microscópio e pelo período do ciclo do laser infravermelho. luz que é aplicada para a compressão do pulso de elétrons totalmente óptico.
Com essas resoluções, a nova ferramenta oferece uma visão sem precedentes sobre os futuros circuitos eletrônicos e pode orientar seu projeto para novas aplicações.
A versatilidade do novo conceito e a integração perfeita nos dispositivos de inspeção por feixe de elétrons existentes na indústria de semicondutores devem torná-lo um ativo promissor para o avanço da eletrônica ultrarrápida em direção a capacidades inexploradas.
Referência: “Sonda de feixe de elétrons de femtosegundo de eletrônica ultrarrápida” por Maximilian Mattes, Mikhail Volkov e Peter Baum, 26 de fevereiro de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-45744-8
Financiamento: Fundação Alemã de Pesquisa (DFG) no contexto do Centro de Pesquisa Colaborativa “Flutuações e Não Linearidades na Matéria Clássica e Quântica além do Equilíbrio” (SFB 1432); Bolsa Marie Skłodowska-Curie nº. 896148-STMICRO; Fundo para Jovens Acadêmicos da Universidade de Konstanz.
