Forskere udvikler teknik til at integrere III-V materialer på siliciumskiver

Et team af IBM -forskere i Zürich, Schweiz med støtte fra kolleger i Yorktown Heights, New York har udviklet en relativt enkel, robust og alsidig proces til dyrkning af krystaller fremstillet af sammensatte halvledermaterialer, der gør det muligt at integrere dem i siliciumplader - et vigtigt skridt i retning af at lave fremtidige computerchips, der gør det muligt for integrerede kredsløb at fortsætte med at krympe i størrelse og omkostninger, selvom de øger ydeevnen.

Vises i denne uge på forsiden af ​​tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver , værket muliggør en forlængelse af Moores lov, den berømte observation af Gordon Moore, at antallet af transistorer på et integreret kredsløb fordobles cirka hvert andet år. I de senere år har nogle i branchen spekuleret i, at vores evne til at holde trit med Moores lov i sidste ende kan blive opbrugt, medmindre der kommer nye teknologier, der vil give den snor.

"Hele halvlederindustrien ønsker at holde Moores lov i gang. Vi har brug for bedre transisterende transistorer, når vi fortsætter med at nedskalere, og transistorer baseret på silicium giver os ikke forbedringer mere, "sagde Heinz Schmid, en forsker med IBM Research GmbH ved Zurich Research Laboratory i Schweiz og hovedforfatteren på papiret.

For forbrugerne, forlængelse af Moores lov vil betyde, at tendensen med nye computerenheder skal øges med stigende hastighed og båndbredde ved reduceret strømforbrug og omkostninger. Den nye teknik kan også påvirke fotonik på silicium, med aktive fotoniske komponenter integreret problemfrit med elektronik for større funktionalitet.

Hvordan arbejdet blev udført

IBM -teamet fremstillede single crystal nanostrukturer, såsom nanotråde, nanostrukturer, der indeholder indsnævringer, og kryds, samt 3-D stablede nanotråde, lavet med såkaldte III-V materialer. Fremstillet af legeringer af indium, gallium og arsenid, III-V halvledere ses som et muligt fremtidigt materiale til computerchips, men kun hvis de med succes kan integreres i silicium. Indtil videre har integrationsindsatsen ikke været særlig vellykket.

De nye krystaller blev dyrket ved hjælp af en fremgangsmåde kaldet skabelonassisteret selektiv epitaxy (TASE) ved hjælp af metalorganisk kemisk dampaflejring, som grundlæggende starter fra et lille område og udvikler sig til et meget større, defektfri krystal. Denne tilgang gav dem mulighed for litografisk at definere oxidskabeloner og fylde dem via epitaxy, i sidste ende at lave nanotråde, kryds, nanostrukturer, der indeholder indsnævringer og 3-D stablede nanotråde ved hjælp af de allerede etablerede skalerede processer inden for Si-teknologi.

"Det, der adskiller dette arbejde fra andre metoder, er, at den sammensatte halvleder ikke indeholder skadelige defekter, og at processen er fuldt ud kompatibel med den nuværende chipfabrikationsteknologi, "sagde Schmid." Det er vigtigt, at metoden også er økonomisk levedygtig. "

Han tilføjede, at der vil være behov for mere udvikling for at opnå den samme kontrol over ydeevnen i III-V-enheder, som der i øjeblikket findes for silicium. Men den nye metode er nøglen til faktisk at integrere de stablede materialer på siliciumplatformen, Sagde Schmid.