Nanotråde er nøglen til fremtidige transistorer, elektronik

(PhysOrg.com) -- En ny generation af ultrasmå transistorer og mere kraftfulde computerchips, der bruger bittesmå strukturer kaldet halvledende nanotråde, er tættere på virkeligheden efter en nøgleopdagelse af forskere hos IBM, Purdue University og University of California i Los Angeles.

Forskerne har lært, hvordan man skaber nanotråde med lag af forskellige materialer, der er skarpt defineret på atomniveau, hvilket er et kritisk krav for at lave effektive transistorer ud af strukturerne.

"At have skarpt definerede lag af materialer gør dig i stand til at forbedre og kontrollere strømmen af ​​elektroner og at slå denne strøm til og fra, " sagde Eric Stach, en lektor i materialeteknik ved Purdue.

Elektroniske enheder er ofte lavet af "heterostrukturer, "det betyder, at de indeholder skarpt definerede lag af forskellige halvledende materialer, såsom silicium og germanium. Indtil nu, imidlertid, forskere har ikke været i stand til at producere nanotråde med skarpt definerede silicium- og germaniumlag. I stedet, denne overgang fra det ene lag til det næste har været for gradvis til, at enhederne kan fungere optimalt som transistorer.

De nye resultater peger på en metode til at skabe nanotrådstransistorer.

Resultaterne er beskrevet i et forskningspapir, der vises fredag ​​(27. november) i tidsskriftet Videnskab . Papiret er skrevet af Purdue postdoc-forsker Cheng-Yen Wen, Stach, IBMs materialeforskere Frances Ross, Jerry Tersoff og Mark Reuter ved Thomas J. Watson Research Center i Yorktown Heights, N.Y, og Suneel Kodambaka, en adjunkt ved UCLAs afdeling for materialevidenskab og teknik.

Mens konventionelle transistorer er lavet på flade, vandrette stykker af silicium, silicium nanotrådene er "vokset" lodret. På grund af denne lodrette struktur, de har et mindre fodaftryk, som kunne gøre det muligt at montere flere transistorer på et integreret kredsløb, eller chip, sagde Stach.

"Men først skal vi lære at fremstille nanotråde til krævende standarder, før industrien kan begynde at bruge dem til at producere transistorer, " han sagde.

Nanotråde kan gøre det muligt for ingeniører at løse et problem, der truer med at afspore elektronikindustrien. Nye teknologier vil være nødvendige for industrien for at opretholde Moores lov, en uofficiel regel, der siger, at antallet af transistorer på en computerchip fordobles cirka hver 18. måned, resulterer i hurtige fremskridt inden for computere og telekommunikation. En fordobling af antallet af enheder, der kan passe på en computerchip, udmønter sig i en tilsvarende stigning i ydeevnen. Imidlertid, det bliver stadig sværere at fortsætte med at krympe elektroniske enheder lavet af konventionelle siliciumbaserede halvledere.

"I noget som fem til, højst, 10 år, silicium transistor dimensioner vil være blevet skaleret til deres grænse, " sagde Stach.

Transistorer lavet af nanotråde repræsenterer en potentiel måde at fortsætte traditionen med Moores lov.

Forskerne brugte et instrument kaldet et transmissionselektronmikroskop til at observere nanotråddannelsen. Små partikler af en guld-aluminiumslegering blev først opvarmet og smeltet inde i et vakuumkammer, og derefter blev siliciumgas indført i kammeret. Da den smeltede guld-aluminiumsperle absorberede silicium, det blev "overmættet" med silicium, hvilket får siliciumet til at udfælde og danne ledninger. Hver voksende tråd blev toppet med en flydende perle af guld-aluminium, så strukturen lignede en svamp.

Derefter, forskerne reducerede temperaturen inde i kammeret nok til at få guld-aluminiumshætten til at størkne, at tillade germanium at blive aflejret på silicium præcist og gør det muligt at skabe en heterostruktur af silicium og germanium.

Cyklusen kunne gentages, at skifte gasserne fra germanium til silicium som ønsket for at lave specifikke typer heterostrukturer, sagde Stach.

At have en heterostruktur gør det muligt at skabe en germanium "gate" i hver transistor, som gør det muligt for enheder at tænde og slukke.

Mere information: Dannelse af kompositorisk abrupte aksiale heterojunctions i Si/Ge nanotråde, C.-Y. Wen, et kl. Videnskab .

Leveret af Purdue University (nyheder:web)