Højhastighedstransistorkanal udviklet ved hjælp af en nanotrådstruktur med kerneskal

En forskningsgruppe ledet af Naoki Fukata, Internationalt Center for Materialer Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science (NIMS), og en forskergruppe ved Georgia Institute of Technology udviklede i fællesskab en to-lags nanotråd, bestående af en germanium (Ge) kerne og en silicium (Si) skal, som er et lovende materiale til højhastigheds-transistorkanaler. Ud over, grupperne verificerede, at Si -laget, som var dopet med urenheder, og Ge -laget, som transporterer transportører, ikke var blandet, og at bærere blev genereret i Ge -laget. Disse resultater tyder på, at den nye nanotråd effektivt kan undertrykke spredning af urenheder, som havde været et problem med konventionelle nanotråde, og derved tage et stort skridt i retning af realiseringen af ​​en næste generations højhastighedstransistor.

Med hensyn til udviklingen af ​​todimensionale metaloxid-halvlederfelt-effekt-transistorer (MOSFET'er), som nu er meget udbredt, det blev påpeget, at bestræbelserne på at miniaturisere MOSFET ved hjælp af konventionel teknologi havde nået grænsen. For at håndtere dette problem, udviklingen af ​​en tredimensionel lodret transistor, i stedet for en todimensionel transistor, blev foreslået som en ny tilgang til realisering af høj integration (figur 1). Det var blevet foreslået at bruge halvledende nanotråde som kanaler-den mest vitale del af 3-D-transistoren. Imidlertid, der var et problem med denne metode:i nanotråde med en diameter på mindre end 20 nm, urenheder dopet ind i nanotråde for at generere bærere fik bærerne til at spredes, hvilket igen nedsatte deres mobilitet.

Ved at udvikle nanotråde bestående af en Ge -kerne og en Si -skal, det lykkedes forskningsgrupperne at skabe kanaler med høj mobilitet, der er i stand til at adskille urenhedsdopede regioner fra transporttransportområder, derved undertrykke urenhedsspredning. Grupperne har også med succes verificeret kanalernes ydeevne. Bærere genereres i Si -skallen af ​​nanotrådene, spredt ind i Ge -kernen, og bevæge sig i kernen. Fordi bærermobilitet er højere i Ge -laget end i Si -laget, denne nanotrådstruktur øger transportørens mobilitet. Ud over, denne struktur undertrykker også effekten af ​​overfladespredning, som forekommer almindeligt i konventionelle nanotråde. Desuden, grupperne verificerede, at koncentrationen af ​​bærere kan kontrolleres af mængden af ​​doping.

Fordi oprettelsen af ​​kerneskalstrukturen kun kræver simple råvarer? Silicium og germanium, det er muligt at fremstille nanorørene til en lav pris. I fremtidige undersøgelser, vi planlægger faktisk at konstruere enheder, der anvender kerneskalstrukturen, og vurdere deres potentiale som højhastighedsenheder ved at evaluere deres egenskaber og ydeevne.

Denne undersøgelse blev udført som en del af forskningsprojektet med titlen "Kontrol af bære transport ved positionsstyret doping af kerne-shell heterojunction nanotråde" (Naoki Fukata, hovedforsker) finansieret af Japan Society for Promotion of Science's Grant-in-Aid for Scientific Research (A) -program, og NIMS 3. midtvejsprogram om kemisk nanoteknologi. Undersøgelsen blev offentliggjort i online -versionen af ACS NANO den 11. november, 2015.