Høj, ikke fladt:nanotråde til en ny chiparkitektur

I dag, et utal af siliciumtransistorer er ansvarlige for at videregive oplysningerne på en mikrochip. Transistorerne er arrangeret i et plant array, dvs. liggende fladt ved siden af ​​hinanden, og er allerede skrumpet ned til en størrelse på kun omkring 50 nanometer. Yderligere miniaturisering af transistorer med en plan struktur vil snart ophøre på grund af grundlæggende fysiske grænser. Stadig, endnu mindre transistorer er ønskelige for løbende at forbedre deres funktioner og samtidig reducere omkostningerne ved elektronikken.

I øjeblikket, forskere arbejder hårdt på at finde nye metoder til at overvinde de fysiske grænser for nedskalering og integration af mikrochips. Et sådant koncept er at fremstille en helt ny transistorarkitektur i tre dimensioner. I dette koncept, i stedet for at placere dem fladt på substratet drejes siliciumtransistorerne 90 grader, så de stikker ud af chipsubstratet som små søjler. På denne måde, talrige lodrette transistorer kunne bygges på det område, der normalt kun er optaget af en plan transistor. Dette ville endelig være skridtet fra mikro til nanoelektronik.

Fremstillingen af ​​vertikale silicium -nanotrådarrays er allerede blevet rapporteret. Alligevel skal der foretages en mere grundig undersøgelse af de elektriske egenskaber ved silicium -nanotråde for at kunne bygge pålidelige transistorer til en ny generation af mikrochips. I modsætning til konventionelle transistorer, strømmen i disse søjllignende transistorer vil være lodret, og de vil være mindre og mere energibesparende end i dag. Sidst men ikke mindst, der er store forhåbninger om at fremstille ekstremt effektive solceller ved hjælp af silicium nanotråde.

Max Planck -forskerne i Halle producerer monokrystallinske silicium -nanotråde, som er særligt velegnede som komponenter til mikrochips. I FZD's ionstråle center, fremmede atomer kendt som 'dopanter' implanteres i nanotråde. Dopemidlerne indtager gittersteder i værtshalvlederen, hvilket øger den elektriske ledningsevne og strømmen gennem halvlederen. Selektiv implantation af forskellige dopemidler kan ændre polariteten af ​​ladningsbærerne i en transistor, hvilket fører til omskiftning af strømmen. Den plane siliciumteknologi er veludviklet; imidlertid, dette er ikke sandt for silicium nanostrukturer. "Først, vi analyserede ledninger med en diameter på 100 nanometer og 300 nanometer i længden. Men det, vi sigter mod, er ledninger med en diameter på kun et par atomer, samt ledninger, hvor individuelle atomer er spændt sammen. Vi har til hensigt at nøje karakterisere deres adfærd i materialer og ønsker at finde ud af, hvordan deres elektriske egenskaber kan skræddersyes til anvendelse i nanoelektronik, f.eks. til nye felt-effekt-transistorer, ”Siger FZD -fysikere Dr. Reinhard Koegler og Dr. Xin Ou.

Nanotråde blev undersøgt i Rossendorf ved hjælp af en teknik (Scanning Spreading Resistance Microscopy, SSRM), der normalt måler den positionsafhængige elektriske resistivitet i et specialfremstillet todimensionalt tværsnit af nanotråden. Modstanden er relateret til atomkoncentrationen af ​​dopingstofferne. I det aktuelle arbejde, forskerne har fundet ud af, at dopingstofferne i en silicium -nanotråd, nemlig bor og phorphorus, blive ikke der, hvor de forventes, men driver til overfladen af ​​nanotråden, hvor de bliver delvist inaktive og ikke længere kan bidrage til den elektriske ledningsevne. Indtil nu manglede forskere en passende teknik til at visualisere og kvantificere konsekvenserne af en ulige fordeling af dopemidler i nanoskalaen. Chipdesignere skal være opmærksomme på de nyligt fundne resultater, hvis nanotråde skal anvendes til lodrette transistorer i fremtiden.