Nanowire-brotransistorer åbner vejen for næste generations elektronik

En ny tilgang til integrerede kredsløb, at kombinere atomer af halvledermaterialer til nanotråde og strukturer oven på siliciumoverflader, viser løfte om en ny generation af hurtige, robuste elektroniske og fotoniske enheder. Ingeniører ved University of California, Davis, har for nylig demonstreret tredimensionelle nanotrådstransistorer ved hjælp af denne tilgang, der åbner spændende muligheder for at integrere andre halvledere, såsom galliumnitrid, på siliciumunderlag.

"Silicon kan ikke alt, " sagde Saif Islam, professor i elektro- og computerteknik ved UC Davis. Kredsløb bygget på konventionelt ætset silicium har nået deres nedre størrelsesgrænse, hvilket begrænser driftshastighed og integrationstæthed. Derudover konventionelle siliciumkredsløb kan ikke fungere ved temperaturer over 250 grader Celsius (ca. 480 grader Fahrenheit), eller håndtere høj effekt eller spændinger, eller optiske applikationer.

Den nye teknologi kan bruges, for eksempel, at bygge sensorer, der kan fungere under høje temperaturer, for eksempel inde i flymotorer.

"I en overskuelig fremtid, samfundet vil være afhængigt af en række sensorer og kontrolsystemer, der fungerer i ekstreme miljøer, såsom motorkøretøjer, både, flyvemaskiner, terrestrisk olie- og malmudvinding, raketter, rumfartøj, og kropslige implantater, " sagde islam.

Enheder, der inkluderer både silicium og ikke-siliciummaterialer, tilbyder højere hastigheder og mere robust ydeevne. Konventionelle mikrokredsløb er dannet af ætsede lag af silicium og isolatorer, men det er svært at dyrke ikke-siliciummaterialer som lag over silicium på grund af uforeneligheder i krystalstruktur (eller "gittermismatch") og forskelle i termiske egenskaber.

I stedet, Islams laboratorium på UC Davis har skabt siliciumwafers med "nanopillars" af materialer som galliumarsenid, galliumnitrid eller indiumphosphid på dem, og dyrkede bittesmå nanotråd "broer" mellem nanopillarer.

"Vi kan ikke dyrke film af disse andre materialer på silicium, men vi kan dyrke dem som nanotråde, " sagde islam.

Forskerne har været i stand til at få disse nanotråde til at fungere som transistorer, og kombinere dem til mere komplekse kredsløb samt enheder, der reagerer på lys. De har udviklet teknikker til at kontrollere antallet af nanotråde, deres fysiske egenskaber og konsistens.

Islam sagde, at de ophængte strukturer har andre fordele:De er lettere at afkøle og håndtere termisk ekspansion bedre end plane strukturer - et relevant problem, når uoverensstemmende materialer kombineres i en transistor.

Teknologien udnytter også den veletablerede teknologi til fremstilling af integrerede siliciumkredsløb, i stedet for at skulle skabe en helt ny rute for fremstilling og distribution, sagde islam.

Arbejdet er beskrevet i en række nyere artikler i tidsskrifterne Avancerede materialer , Anvendt fysik bogstaver og IEEE-transaktioner på nanoteknologi med medforfatterne Jin Yong Oh ved UC Davis; Jong-Tae Park, University of Incheon, Sydkorea; Hyun-June Jang og Won-Ju Cho, Kwangwoon Universitet, Sydkorea. Finansiering blev leveret af U.S. National Science Foundation og Sydkoreas regering.