Det er en wrap! Nanowire åbner porten til nye enheder

(PhysOrg.com) -- I en interessant bedrift inden for nanoskalateknik, forskere ved Lund University i Sverige og University of New South Wales har lavet den første nanotrådstransistor med en koncentrisk metal-'wrap-gate', der sidder vandret på et siliciumsubstrat.

To bemærkelsesværdige aspekter af deres design er enkelheden i fremstillingen og den unikke evne til at justere længden af ​​wrap-porten via et enkelt vådætsningstrin, bemærker lektor Adam Micolich, en ARC Future Fellow i Nanoelectronics Group i UNSW School of Physics.

At pakke stadig højere tætheder af transistorer ind i en mikrochip kommer til en heftig pris - det reducerede overlap mellem halvlederkanalen, som strømmen flyder igennem, og metalporten gør det sværere at tænde og slukke for strømmen.

Dette drev udviklingen af ​​'Fin Field-Effect Transistor', eller FinFET, hvor silicium hver side af kanalen er ætset væk for at skabe en hævet mesa struktur. Dette gør det muligt for porten at folde ned rundt om kanalens sider, at forbedre omskiftningen uden at øge den chipplads, som enheden har brug for. Endnu bedre kontrol kan opnås ved at vikle porten hele vejen rundt om kanalen. Men at få metal under kanalen uden at kompromittere enheden kan være en formidabel opgave ved at bruge konventionelle 'top-down' siliciummikrofabrikationsteknikker.

Dette har ført til betydelig interesse for selvsamlede nanotråde til computerapplikationer (se D.K. Ferry, doi:10.1126/science.1154446). Disse små halvledernåle, omkring 50 nm i diameter og op til flere mikrometer i længden, dyrkes ved hjælp af kemisk dampaflejring og står lodret på et halvledersubstrat, gør det muligt at afsætte en isolator og gate metal rundt om hele nanotrådens ydre overflade.

Selvom disse coatede nanotråde kan laves om til fuldt fungerende transistorer i lodret orientering, processen for at opnå dette er meget involveret. Og i mange tilfælde, det er mere ønskeligt at have nanotrådstransistoren liggende fladt på substratet, som med konventionelle siliciumtransistorer. Dette udgør en interessant udfordring for nanoteknologer:Er det muligt at lave nanotrådstransistorer med en 'wrap-gate' i metal, der ligger fladt på et halvledersubstrat?

I værk udgivet i denne uge i Nano bogstaver [Storm et al . doi:10.1021/nl104403g], holdet demonstrerer ikke kun de første sådanne horisontale wrap-gate nanotrådstransistorer, men de demonstrerer, at de kan fremstilles ved hjælp af en bemærkelsesværdig enkel proces, der giver dem mulighed for præcist at indstille wrap-portens længde ved hjælp af et enkelt vådætsningstrin, uden behov for yderligere litografi.

Deres tilgang udnytter ætsemiddelløsningens evne til at underskære resisten og ætse langs nanotråden, producerer porte, der varierer i længde fra lidt mindre end kontaktadskillelsen til så lavt som 100 nm, blot ved at justere ætsemiddelkoncentrationen. De resulterende enheder har fremragende elektrisk ydeevne og kan produceres pålideligt med højt udbytte.

Ud over at være et betydeligt fremskridt inden for nanofabrikationsteknikker, disse enheder åbner interessante nye veje for grundforskning.

De omviklede nanotråde er ideelle til studier af endimensionel kvantetransport i halvledere, hvor bemærkelsesværdige fænomener såsom elektronkrystallisation og spin-ladningsadskillelse kan observeres. Derudover den stærke gate-kanal kobling kombineret med en eksponeret guld wrap-gate overflade giver et interessant potentiale for sanseapplikationer ved at udnytte den etablerede kemi til at binde antistoffer og andre polypeptider til guldoverflader.