Новый взгляд на микросхемы: наблюдение за работой без вскрытия

Международная группа исследователей представила революционный метод, позволяющий наблюдать за процессами внутри электронных чипов в режиме реального времени, не нарушая их работу.

Эта инновационная техника использует терагерцовое излучение — безопасную и неионизирующую форму электромагнитной радиации. Она дает возможность детектировать мельчайшие перемещения электрических зарядов внутри полностью герметичных полупроводниковых устройств. Теперь ученые и инженеры могут мониторить электронные компоненты в реальных условиях эксплуатации.

Ранее методы контроля работы микросхем часто были непрактичны. Профессор Витхават Витхаячумнанкул из Университета Аделаиды отметил, что полупроводники лежат в основе большинства современных технологий: от смартфонов и медицинского оборудования до транспортных средств, электросетей и оборонных систем. Однако после герметизации чипа становится крайне сложно понять, что происходит внутри.

«Большинство существующих методов проверки требуют физических электрических зондов, открытых чипов или отключения питания устройства, что делает их непрактичными во многих сценариях», — пояснил профессор.

Как терагерцовые волны решают эти проблемы

Исследование демонстрирует, что терагерцовые волны способны неинвазивно фиксировать изменения электрического тока в распространенных электронных компонентах, таких как диоды и транзисторы. Метод обладает достаточной чувствительностью, чтобы обнаруживать изменения в областях, меньших, чем сама длина терагерцовой волны, что ранее считалось невозможным из-за фундаментальных ограничений по уровню шума.

«Это исследование — первый шаг к решению давней проблемы в области электронных чипов. Теперь мы можем наблюдать электрическую активность внутри работающего полупроводникового устройства снаружи, не повреждая его и не прерывая функционирование», — добавил профессор Витхаячумнанкул.

Сверхчувствительные системы фиксируют малейшие изменения

Для достижения таких результатов исследователи разработали сверхчувствительную систему обнаружения, использующую специализированный гомодинный квадратурный приемник. Он способен улавливать очень слабые изменения в терагерцовых сигналах. «Этот подход позволяет системе подавлять фоновый шум и выделять слабый сигнал, генерируемый электрической активностью внутри устройства», — комментирует Витхаячумнанкул. В результате получается изображение электроники в действии в реальном времени, даже если активная область скрыта глубоко внутри герметичной упаковки.

Исследователи подтверждают, что наблюдаемые сигналы вызваны реальным электрическим движением, а не тепловым излучением или электронными помехами. Техника успешно протестирована на различных распространенных полупроводниковых компонентах, что свидетельствует о ее надежности и широкой применимости.

Расширение применения на критически важную электронику

Профессор Витхаячумнанкул подчеркивает значительные последствия для общества и промышленности: «Поскольку терагерцовое излучение неионизирующее и безопасное, этот метод предлагает более безопасную альтернативу проверкам, использующим рентгеновское излучение или инвазивное зондирование. Это делает его особенно привлекательным для критически важных приложений, таких как высоковольтная электроника, где устройства нельзя легко вывести из эксплуатации».

Применение в сфере безопасности и обороны

Работа также может принести пользу секторам безопасности и обороны, по словам ведущего исследователя доктора Читчанок Чуэнгсатиансупа, профессора кибербезопасности в Hasso Plattner Institute и Университете Потсдама. «Возможность удаленно и неинвазивно оценивать электронную активность поможет проверять целостность критически важного оборудования, выявлять неисправные или скомпрометированные компоненты и отслеживать системы, где физический доступ ограничен или нежелателен. Это исследование открывает двери для более интеллектуальной, самодиагностирующейся электроники, новых способов мониторинга сложных интегральных схем и ускоренной разработки электронных чипов следующего поколения».

*Признаны экстремистскими организациями и запрещены на территории РФ.