Voksende Europas nanotråde

(PhysOrg.com) -- Europæiske forskere har udviklet avanceret nanotråds 'voksende' teknologi, åbner vejen for hurtigere, mindre mikrochips og skabe en lovende ny vej for forskning og industriel udvikling i Europa.

Nanotråde er en lovende ny teknologi, der kan imødekomme hurtigt stigende krav til ydeevne for integreret kredsløbsdesign i løbet af de næste ti år. De er små ledninger, der kun er ti nanometer i diameter og mikrometer i længden.

De kunne betyde mindre, hurtigere og lavere effektelektronik, og føre til helt nye arkitekturer såsom 3D-mikrochips - en lodret stak af kredsløb, der massivt kan øge størrelsen af ​​kredsløb for det samme fodaftryk.

Nanotråde er så smalle, at de ofte kaldes 'endimensionelle' strukturer, fordi trådens bredde begrænser elektronernes sideværts bevægelse, når de passerer gennem ledningen. Også, den cylindriske geometri muliggør den mest effektive elektrostatiske gating-teknologi.

Ikke overraskende i denne skala, nanotråde demonstrerer mange egenskaber, der tilbyder potentialet for nye kredsløb og arkitekturer, og fysikere er meget begejstrede. Japanerne var pionerer på området med USA, der tog arbejdet, og med et par europæiske hold, der kommer ind kort efter.

At hæve nanotråde... og patenter

Men europæerne er på vej. Det seneste arbejde på NODE-projektet førte til teknologi i verdensklasse og 40 patenter. "Siliciumteknologi bliver meget udfordrende, når du kommer ned på 10-15nm, ” forklarer Lars Samuelson, direktør for Nanometer Structure Consortium ved Lunds Universitet og koordinator for NODE-projektet.

"Et af problemerne ved den [nuværende] top-down tilgang er, at den introducerer barske miljøer, og du ender med enheder, der kan være domineret af defekter."

NODEs nanotråde er 'dyrket' nedefra og op, som krystaller, ind i lodrette strukturer. "Vi kalder det 'guidet selvsamling', og det er en 'bottom-up' proces, der kan resultere i færre defekter, " siger Samuelson.

Lodrette nanotråde kan bestå af forskellige materialer, ved blot at ændre aflejringsmaterialet, så ledningen tager lag med forskellige egenskaber. "Der er mange potentielle muligheder for at udvikle nye teknologier, " han siger. "Dette vertikale arrangement kan være vejen til 3D-kredsløbsdesign såvel som til at realisere monolitisk on-chip optoelektronik."

NODE fokuserede på at kombinere silicium med indiumarsenid (Si:InAs) og silicium med siliciumgermanium (Si:SiGe), to meget lovende materialer. "Indiumarsenid er i sagens natur meget hurtigt og, som sådan, det var af særlig interesse for vores arbejde, ” bemærker Samuelson.

Gennembrud

Projektet så på hvert led i nanotrådsproduktionskæden, fra vækst, forarbejdning i industriel skala, til karakterisering og integration. "Og en af ​​de store udfordringer ved projektet var integrationen af ​​vores arbejde med den nuværende siliciumbehandlingsteknologi, så der var en stor indsats på behandlingen, " understreger Samuelson.

For det, karakteriseringsundersøgelser var vigtige for at undersøge de forskellige anvendte materialer og virkningerne induceret af nanotrådstrukturen. NODE undersøgte også egenskaberne ved potentielle enheder, såsom felteffekttransistorer (FET). Endelig, holdet så på at integrere disse enheder i kredsløb.

Det er et stort arbejde og førte til nogle virkelige gennembrud. "Et af gennembruddene var den... perfekte aflejring af høj-K-dielektrik, der overtrækker nanotrådene og tjente som dielektrikum i wrap-gate-transistorerne, ” afslører Samuelson. "Vi udviklede en meget god teknik til dette."

High-K dielektrikum overvinder nogle af grænserne for siliciumdioxid i meget små skalaer og er en lovende strategi for yderligere miniaturisering af integrerede kredsløb.

"Som en del af denne forskning, vi er også stødt på problemer og mulige vejspærringer for at videreudvikle, såsom ret alvorlige problemer med at dyrke Si nanotråde ved hjælp af guldkatalysatorer", tilføjer Samuelson.

State of the art

"Denne teknologi er ikke klar til industrielle anvendelser, og om det bliver tre, seks eller ni år før det dukker op industrielt, Det kan jeg ikke sige, ” advarer Samuelson. "Men vi etablerede det nyeste, vi har de bedste resultater."

Projektet har annonceret Europas indtræden i et spændende nyt felt inden for nanoteknologi og udviklet en kerneekspertise på kontinentet. Over 100 videnskabelige artikler vil dukke op af arbejdet, når det endelig slutter.

Udviklingen af ​​europæisk ekspertise kunne ikke komme på et bedre tidspunkt. Industrielle aktører som IBM, Samsung og nogle af de førende Singapore-laboratorier begyndte at udvikle planar, eller vandret, nanowire-teknologi kort efter, at NODE begyndte deres indsats. Teknologien er ved at blive voksen.