Nye silicium-germanium nanotråde kan føre til mindre, mere kraftfulde elektroniske enheder

(PhysOrg.com) -- Mikrochipproducenter har længe stået over for udfordringer med at miniaturisere transistorer, de vigtigste aktive komponenter i næsten enhver moderne elektronisk enhed, som bruges til at forstærke eller skifte elektroniske signaler.

Nu, forskere fra UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, Purdue University og IBM har med succes dyrket silicium-germanium halvledende nanotråde til potentiel brug i næste generations transistorer.

Disse nanotråde - der måler fra nogle få tiere til et par hundrede nanometer i diameter og op til flere millimeter i længden - kunne hjælpe med at fremskynde udviklingen af ​​mindre, hurtigere og mere kraftfuld elektronik, ifølge undersøgelsens medforfatter Suneel Kodambaka, en UCLA professor i materialevidenskab og teknik.

Holdets forskning vises i 27. november-udgaven af ​​tidsskriftet Videnskab .

"Vi er begejstrede af to grunde, " sagde Frances Ross, leder af IBM's Nanoscale Materials Analysis-afdeling og tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Den ene er, at vi har udvidet vores viden om den grundlæggende fysik i den proces, hvorved nanotråde vokser. Den anden er den forbedrede udsigt til at bruge nanotråde i højtydende elektroniske enheder."

"Nanotrådene er så små, at du kan placere dem i stort set alt, "Sagde Kodambaka." På grund af deres lille størrelse, de er i stand til at have tydeligt forskellige egenskaber, sammenlignet med deres bulk modstykker."

Holdet viste, at de kunne skabe nanotråde med lag af forskellige materialer, specifikt silicium og germanium, der var fejlfri og atomisk skarpe i krydset - kritiske krav til at lave effektive transistorer ud af de små strukturer. Jo "skarpere" den
grænseflade mellem materialelagene - i dette tilfælde, kun et atom, eller tæt på et atom, tyk — jo bedre er de elektroniske egenskaber.

"Vi synes, at denne undersøgelse er vigtig, fordi den giver en løsning på problemet med voksende skarpe grænseflader i nanotråde, derved adresserer en vigtig begrænsning i væksten af ​​nanotråde, " sagde Ross.

Ifølge Kodambaka, silicium-germanium nanostrukturer har også termoelektriske applikationer, hvor varme omdannes til elektricitet.

"Jet Propulsion Laboratory bruger bulk bidder af silicium-germanium til at drive deres satellitter, og nu er der stor interesse for at bruge en lignende teknologi i biler. Disse nanotråde har et stort potentiale inden for alle områder, der involverer elektronik, " sagde Kodambaka.

For at dyrke silicium-germanium nanotrådene, små partikler af en guld-aluminiumslegering opvarmes først til temperaturer over 370 grader Celsius og smeltes inde i et vakuumkammer. En siliciumholdig gas indføres derefter i kammeret, får silicium til at udfælde og danne tråde under dråberne. En germaniumholdig gas bruges til at danne germaniumtrådene.

"Tænk på det som is, der vokser fra vanddamp eller dannelsen af ​​iskrystaller under en snestorm. Du kan få skove af istråde under de rigtige forhold i stedet for at få snefnug eller flade film af slud, " sagde Kodambaka. "Men i stedet for vanddamp, vi introducerede siliciumdamp for at få siliciumtråden."

"Udfordringen var at skabe en virkelig skarp grænseflade mellem silicium og germanium i hver ledning, " sagde Kodambaka. "Så vi afkølede væskedråberne, indtil de størknede. Dette tillod os at slippe af med overskydende silicium i legeringen. Derefter, germanium wire segmenter kunne dyrkes på silicium med introduktion af germanium damp, og der dannes skarpe grænseflader."

Det næste skridt for holdet er at dyrke de samme strukturer over større områder i en konventionel vækstreaktor i stedet for i et lille område under mikroskopet.

"Dette vil give mine kolleger hos IBM mulighed for at behandle ledningerne til enheder og måle deres elektroniske egenskaber, " sagde Ross. "Selvfølgelig, vi håber, at ejendommene bliver forbedret, sammenlignet med konventionelle nanotråde; og hvis dette lykkes, vi vil undersøge nye enheder og afprøve forskellige metallegeringer for at afgøre, hvilken der er bedst til fremstilling af enheder."

Kilde:University of California - Los Angeles