Nye nanoteknikker integrerer elektrongas-producerende oxider med silicium

(PhysOrg.com) -- I koldt vejr, mange børn kan ikke modstå at trække vejret ind i et vindue og skrive i kondensvandet. Forestil dig nu vinduet som en elektronisk enhedsplatform, kondensationen som en speciel ledende gas, og bogstaverne som linjer af nanotråde.

Et team ledet af University of Wisconsin-Madison Materials Science and Engineering Professor Chang-Beom Eom har demonstreret metoder til i det væsentlige at udnytte dette koncept til brede anvendelser i nanoelektroniske enheder, såsom næste generations hukommelse eller bittesmå transistorer. Opdagelserne blev offentliggjort 19. oktober af tidsskriftet Naturkommunikation.

Eoms team har udviklet teknikker til at producere strukturer baseret på elektroniske oxider, der kan integreres på et siliciumsubstrat - den mest almindelige platform for elektroniske enheder.

"De strukturer, vi har udviklet, såvel som andre oxidbaserede elektroniske enheder, vil sandsynligvis være meget vigtige i nanoelektroniske applikationer, når den er integreret med silicium, " siger Eom.

Udtrykket "oxid" henviser til en forbindelse med oxygen som et grundlæggende element. Oxider omfatter millioner af forbindelser, hver med unikke egenskaber, der kunne være værdifulde inden for elektronik og nanoelektronik.

Som regel, oxidmaterialer kan ikke dyrkes på silicium, fordi oxider og silicium har forskellige, uforenelige krystalstrukturer. Eoms teknik kombinerer enkelt-krystal ekspitaxi, postannealing og ætsning for at skabe en proces, der tillader oxidstrukturen at ligge på silicium - en betydelig bedrift, der løser en meget kompleks udfordring.

Den nye proces gør det muligt for teamet at danne en struktur, der sætter tre-atom-tykke lag af lanthan-aluminium-oxid i kontakt med strontium-titanium-oxid og derefter lægge hele strukturen oven på et silicium-substrat.

Disse to oxider er vigtige, fordi der dannes en "elektrongas" ved grænsefladen mellem deres lag, og et scanningsprobemikroskop kan gøre dette gaslag ledende. Spidsen af ​​mikroskopet trækkes langs overfladen med nanometerskala nøjagtighed, efterlader et mønster af elektroner, der gør det en nanometer tykke gaslag. Ved at bruge spidsen, Eoms team kan "tegne" linjer af disse elektroner og danne ledende nanotråde. Forskerne kan også "slette" disse linjer for at fjerne ledningsevnen i et område af gassen.

For at integrere oxiderne på silicium, krystallerne skal have et lavt niveau af defekter, og forskere skal have atomstyring af grænsefladen. Mere specifikt, det øverste lag af strontium-titanium-oxid skal være helt rent og matche med et helt rent lag af lanthan-oxid i bunden af ​​lanthan-aluminium-oxidet; Ellers, gaslaget dannes ikke mellem oxidlagene. Endelig, hele strukturen er blevet indstillet til at være kompatibel med det underliggende silicium.