用機器學(xué)習(xí)加速集成電路的納米級X射線成像

(A) 同步輻射X射線層析成像是一種能夠?qū)?a href='//www.legaljudicial.org.cn/sys-nd/1449.html' title='納米光子模擬器實現(xiàn)量子級計算' target='_blank'>納米級結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維成像的技術(shù)。(B) 通過使用比黃金標(biāo)準(zhǔn)更少的斷層掃描，加速了這一過程。(C) 然后可以采用機器學(xué)習(xí)算法來生成高質(zhì)量的集成電路重建，即使信息有限。資料來源：Iksung Kang

來自麻省理工學(xué)院和阿貢國家實驗室的研究人員開發(fā)了一種機器學(xué)習(xí)技術(shù)，可以大大加快集成電路的納米級X射線成像過程，有可能徹底改變我們制造和測試電子產(chǎn)品的方式。

集成電路，或稱微芯片，是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的組成部分，它們的持續(xù)小型化導(dǎo)致了越來越復(fù)雜和強大的設(shè)備。然而，隨著這些微芯片組件的縮小，使用傳統(tǒng)的成像技術(shù)來檢查和測試它們變得更加困難。

對納米級元件進(jìn)行成像的一個有前途的方法是同步輻射X射線層析成像，它使用高能X射線穿透材料并創(chuàng)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖像。然而，X射線成像是一個緩慢的過程，需要對樣品和探測器進(jìn)行精確的定位，并且可能需要幾個小時甚至幾天的時間才能得到一個重建。

為了加快這一過程，麻省理工學(xué)院和阿貢的研究人員轉(zhuǎn)向了機器學(xué)習(xí)。他們訓(xùn)練了一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以預(yù)測物體的精確重建，而所需時間只是通常情況下的一小部分。他們的網(wǎng)絡(luò)被稱為APT或Attentional Ptycho-Tomography，它利用了在集成電路內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的典型模式的正規(guī)化先驗，以及X射線在物體中傳播的物理學(xué)。

"論文的主要作者Iksung Kang說："神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠從少量的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并進(jìn)行歸納，這使我們能夠快速對集成電路進(jìn)行成像和重建。研究人員指出，他們的方法大大減少了成像所需的總數(shù)據(jù)采集和計算時間。他們在一個真實的集成電路上測試了他們的技術(shù)，并且能夠在短短幾分鐘內(nèi)捕捉到詳細(xì)的圖像，而這通常需要幾個小時。

"他們說："這種新方法可以成為質(zhì)量保證的一個有效解決方案。"通過加速成像過程，我們還可以使工廠連接到同步輻射X射線源"。

研究人員指出，他們的方法可能對各種領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，包括材料科學(xué)和生物成像。"我們的研究解決了納米級物體（如集成電路）的無創(chuàng)X射線成像的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)，"主要作者說。"我們相信，我們的物理學(xué)輔助和利用注意力的機器學(xué)習(xí)框架可以適用于納米級成像的其他分支。"

這項工作發(fā)表在《光》雜志上： 科學(xué)與應(yīng)用

參考資料：Iksung Kang et al, Attentional Ptycho-Tomography (APT) for three-dimensional nanoscale X-ray imaging with minimal data acquisition and computation time, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01181-8