Die Veränderung der Ladungsträgerdichte in Halbleitermaterialien beeinflusst die Eigenschaften von elektromagnetischer Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich. Diesen Zusammenhang nutzt eine Forschergruppe des australischen Terahertz Engineering Lab, um p-n-Übergänge von Dioden und Transistoren im laufenden Betrieb zu untersuchen. Das gelang ihnen durch das Gehäuse der vier untersuchten Dioden und Transistoren hindurch.
Das ist ein erster Schritt zu einer kontaktlosen und zerstörungsfreien Messmethode, die Aufschlüsse über die Funktion von Chips liefert. Eine solche Methode wäre für manche Chips ein Sicherheitsrisiko, etwa für Secure Elements oder Smartcard-ICs, die geheimes Schlüsselmaterial verarbeiten.
Bisher erzielt die Methode allerdings eine relativ geringe Auflösung und die Untersuchung dauert zu lange, um Schaltvorgänge bei höheren Taktfrequenzen zu erfassen.
Terahertz-Wellen
Das Team um Bryce Chung vom Terahertz Engineering Laboratory der Uni Adelaide arbeitet mit Terahertz-Signalen im Frequenzbereich um 275 GHz, also 0,275 THz. Obwohl die Frequenz also nur ein Bruchteil von 1 Terahertz beträgt, spricht man von Terahertz-Wellen.
Dass sich Strahlung in diesem Frequenzbereich zur Untersuchung von Halbleiterbauelementen eignet, ist schon seit vielen Jahren bekannt. Zum Beispiel untersuchte ein anderes Forscherteam schon 2008 das Dotierungsprofil eines Transistors mittels Terahertz-Nahfeld-Nanoskopie.
Laut seiner Veröffentlichung bei IEEE Xplore gelang es dem australischen Team nun erstmals, die p-n-Übergänge von Standardbauteilen im laufenden Betrieb durch die jeweiligen Gehäuse hindurch abzubilden.
Zwei Dioden und zwei Transistoren (oben) und ihre Terahertz-Scans (unten).
(Bild: Bryce Chung / Terahertz Engineering Laboratory)
Als Testmuster wählten die Forscher allerdings diskrete Bauelemente, die schon seit Jahrzehnten hergestellt werden und im Vergleich zu modernen Chips riesige interne Strukturen haben: Dioden der Typen 1N4007 und 1N4148, den N-Kanal-JFET 2N5485 sowie den NPN-Transistor BC548B.
Höhere Auflösung, lange Scan-Dauer
Die Forscher lösten jedoch ein wesentliches Problem: Eigentlich hat das Signal mit 275 GHz eine zu große Wellenlänge, um die winzigen p-n-Übergänge abzubilden. Daher werteten die Experten mit einer speziellen Empfängertechnik zusätzliche Informationen aus dem reflektierten Signal aus.
Dabei tasten sie den untersuchten Halbleiter in Schritten von je 0,25 Millimetern ab. Der komplette Scan einer quadratischen Fläche mit 1 Zentimeter Kantenlänge dauerte rund 30 Minuten.
Damit kann der bisherige Versuchsaufbau also die Funktionsweise kompletter Chips mit feinen Strukturen, Millionen Transistoren und höheren Taktfrequenzen nicht analysieren.
(ciw)
English (US) ·