美国康奈尔大学的研究团队近日取得了一项突破性进展，他们利用高分辨率三维成像技术，首次在计算机芯片中发现了可能影响其性能的原子级缺陷，并将其命名为“mouse bite（鼠咬）”。这一发现可能对全球电子设备产业产生深远影响，涉及从智能手机和汽车到人工智能数据中心和量子计算等多个领域。
这项研究是康奈尔大学与台积电以及半导体材料公司ASM合作完成的，相关成果已于2月23日发表在《自然·通讯》期刊上。研究团队通过创新性的成像技术，成功检测到芯片制造过程中形成的微小界面粗糙度，这些缺陷在原子尺度上呈现出类似“鼠咬”的形态，可能阻碍电流在晶体管中的流动，进而影响芯片性能。
晶体管作为计算机芯片的核心组件，其功能类似于电子开关，通过电门控制电流的通断。随着芯片技术向更小尺寸发展，晶体管的尺寸已缩小至原子级别，这使得任何微小的结构缺陷都可能对性能产生显著影响。研究项目负责人、康奈尔大学工程学教授David Muller比喻称：“晶体管就像电子管道，如果管壁粗糙不平，就会减缓电子流动速度。因此，精确测量管壁质量变得至关重要。”
现代芯片制造涉及数百甚至上千道化学蚀刻、沉积和加热工序，每一步都可能引入结构变化。传统方法依赖投影图像推测实际情况，而新成像技术允许研究人员直接观察每道工序后的芯片结构。论文第一作者Shake Karapetyan表示：“现在我们可以真正看到，当温度调整到特定值时，芯片结构会发生怎样的变化。这种可视化能力将极大提升制造过程的可控性。”
单个高性能芯片可能包含数十亿个晶体管，随着尺寸缩小，故障排查难度呈指数级增长。新发现的“鼠咬”缺陷源于优化生长过程中的结构异常，这种原子级缺陷此前难以被检测。Muller教授强调，该技术将成为芯片开发阶段的重要调试工具，帮助工程师在早期发现并修正设计缺陷。
这项突破不仅适用于传统电子设备，还可能推动量子计算等前沿技术的发展。量子计算机对材料结构控制要求极高，而当前技术尚无法完全满足这一需求。新成像技术提供的原子级精度观察能力，有望为下一代计算技术奠定基础。研究团队表示，未来将继续探索该技术在其他半导体材料中的应用潜力。
