Der äußerst ausgefeilte Prozess der Halbleiterherstellung erfordert exakte Präzision. Die Geometrie oder Breite der Chipschaltungen erfordert von den Halbleiterherstellern, dass jeder Prozess mit äußersten Details ausgeführt wird.
Die Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Vakuums ist für die Halbleiterherstellung von entscheidender Bedeutung. Selbst geringfügige Schwankungen können sich negativ auf den Produktionszyklus auswirken. Die Erzielung einer wirksamen Abdichtung ist ein wesentliches Element für die Erzielung eines gleichmäßigen Vakuums.
Infolgedessen stehen viele Halbleiterhersteller und Forschungslabors zunehmend unter dem Druck, ein derart konstantes Vakuum zu erreichen. Aufgrund neuer Technologien und Verfahren, die alle niedrigere Drücke erfordern, sind Einrichtungen gezwungen, größere Mengen an Gasmolekülen und Partikeln aus ihren Aufbauten zu entfernen.
Eine neue Methode, um fast nichts zu messen
Nationales Institut für Standards und Technologie NIST entwarf einen Prototyp das verwendet ultrakalte eingeschlossene Atome, um den Druck zu messen.
Die Forscher haben ein Vakuummeter entwickelt, das klein genug ist, um in Vakuumkammern eingesetzt zu werden. Das Vakuummeter erfüllt auch die Quantum SI-Kriterien. Dies bedeutet, dass keine Kalibrierung erforderlich ist, von grundlegenden Naturkonstanten abhängt, die richtige Menge oder gar keine angibt.und hat Unsicherheiten angegeben, die für seine Anwendung geeignet sind.
Laut NIST-Studie Herausforderungen bei der Miniaturisierung der Kaltatomtechnologie für eine einsetzbare Vakuummetrologie veröffentlicht im IOP Science Journal, die Entwicklung der primären Vakuummessung auf der Basis kalter Atome fällt derzeit in den Zuständigkeitsbereich der nationalen Metrologieinstitute. Laut den Forschern "werden diese Technologien unter dem aufkommenden Paradigma des Quantum SI einsetzbar relativ einfach zu bedienende Sensoren, die sich in andere Vakuumkammern integrieren lassen und dem Endbenutzer eine primäre Realisierung des Pascal im UHV und XHV ermöglichen. "
Das neue Messgerätedesign verfolgt Änderungen der Anzahl der von einem Laser eingefangenen kalten Lithiumatome und der Magnetfelder im Vakuum. Das Ergebnis ist, dass eingefangene Atome aufgrund des Laserlichts fluoreszieren.
"Niemand hat darüber nachgedacht, wie ein solches Kaltatom-Vakuummeter miniaturisiert werden kann und welche Unsicherheiten damit verbunden sind", sagte Stephen Eckel, einer der Forscher. Die Wissenschaftler sind dabei, ein System zu entwickeln, das möglicherweise ersetzt werden könnteSensoren, die jetzt auf dem Markt sind.
Laut der Studie verwendet das neue Design eine neu entwickelte Variante einer Stapeltechnologie der Atomphysik: Die magnetooptische Falle MOT, in der sich sechs Laserstrahlen und zwei gegenüberliegende Strahlen auf jeder der drei Achsen befinden.
Die Verwendung von Lithium ist eine weitere Innovation im Design. "Nach unserem Kenntnisstand hat niemand über einen Einstrahl-TÜV für Lithium nachgedacht", sagt Daniel Barker, ein weiterer Forscher. "Viele Menschen denken an Rubidium und Cäsium.aber nicht zu viele über Lithium. Es stellt sich jedoch heraus, dass Lithium ein viel besserer Sensor für Vakuum ist ", sagt Barker.
Lithium ist das drittleichteste Element. Es gehört zur Gruppe der Alkalimetalle, zu denen Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium gehören, die leicht abzukühlen und einzufangen sind.
Laut James Fedchak, der das Projekt überwacht, sind UHV- und XHV-Umgebungen ein wichtiger Bestandteil der Infrastruktur in der fortschrittlichen Fertigung und Forschung, von Gravitationswellendetektoren bis hin zur Quanteninformationswissenschaft.
Mit dem neuen CAVS-Gerät Cold-Atom Vacuum Standard können Hersteller und Forscher das Vakuumniveau vor Beginn des Experiments oder Prozesses genau bestimmen, sagt Fedchak. "Außerdem können niedrigere Vakuumniveaus genau gemessen werden."Diese Ebenen werden in Bereichen wie der Quanteninformationswissenschaft immer wichtiger.