"إنماء" المكونات الإلكترونية مباشرة على كتلة أشباه الموصلات يتجنب تشتت الأكسدة الفوضوي والصاخب الذي يبطئ ويعيق التشغيل الإلكتروني.
أظهرت دراسة أُجريت في جامعة نيو ساوث ويلز هذا الشهر أن المكونات عالية الحركة الناتجة هي مرشحة مثالية للأجهزة الإلكترونية عالية التردد والصغيرة جدًا والنقاط الكمومية وتطبيقات كيوبت في الحوسبة الكمومية.
الأصغر يعني الأسرع ، ولكنه أيضًا أكثر ضجيجًا
يتطلب جعل أجهزة الكمبيوتر أسرع ترانزستورات أصغر حجمًا ، حيث لا يتجاوز حجم هذه المكونات الإلكترونية الآن سوى عدد قليل من النانومترات. (يوجد حوالي 12 مليار ترانزستور في الشريحة المركزية للهواتف الذكية الحديثة بحجم طابع بريدي).
ومع ذلك ، في الأجهزة الأصغر ، يجب أن تكون القناة التي تتدفق من خلالها الإلكترونات قريبة جدًا من الواجهة بين أشباه الموصلات والبوابة المعدنية المستخدمة لتحويل الترانزستور فتح و غلق. تتسبب أكسدة السطح التي لا يمكن تجنبها وغيرها من الملوثات السطحية في تشتت غير مرغوب فيه للإلكترونات التي تتدفق عبر القناة وتؤدي أيضًا إلى عدم الاستقرار والضوضاء التي تمثل مشكلة خاصة للأجهزة الكمومية.
في العمل الجديد، قام الباحثون بإنشاء ترانزستورات يتم فيها زراعة بوابة معدنية رفيعة للغاية كجزء من أشباه الموصلات الكريستال، ومنع المشاكل المرتبطة بأكسدة سطح أشباه الموصلات.
لقد أظهرنا أن هذا التصميم الجديد يقلل بشكل كبير من التأثيرات غير المرغوب فيها من عيوب السطح ، ويظهر أن ملامسات النقاط الكمومية ذات المقياس النانوي تُظهر ضوضاء أقل بكثير من الأجهزة المصنعة باستخدام الأساليب التقليدية.
سيكون هذا التصميم الجديد أحادي البلورة مثاليًا لصنع الأجهزة الإلكترونية الصغيرة جدًا ، والنقاط الكمومية ، وتطبيقات الكيوبت.
تعد أجهزة أشباه الموصلات عنصرًا أساسيًا في الإلكترونيات الحديثة. ترانزستورات التأثير الميداني (FETs) هي إحدى اللبنات الأساسية للإلكترونيات الاستهلاكية وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة الاتصالات.
الترانزستورات عالية الحركة الإلكترونية (HEMTs) عبارة عن ترانزستورات ذات تأثير ميداني تجمع بين اثنين من أشباه الموصلات ذات فجوة نطاق مختلفة (أي أنها "هياكل غير متجانسة") وتستخدم على نطاق واسع في التطبيقات عالية الطاقة وعالية التردد مثل الهواتف المحمولة والرادار والراديو و اتصالات الأقمار الصناعية.
تم تحسين هذه الأجهزة للحصول على موصلية عالية (مقارنة بالأجهزة التقليدية MOSFET الأجهزة) لتوفير ضوضاء أقل للجهاز وتمكين عمليات تردد أعلى. يجب أن يؤدي تحسين التوصيل الإلكتروني داخل هذه الأجهزة إلى تحسين أداء الجهاز بشكل مباشر في التطبيقات الهامة.
يتطلب السعي لصنع أجهزة إلكترونية أصغر حجمًا بشكل متزايد أن تكون القناة الموصلة في HEMTs على مقربة من سطح الجهاز. الجزء الصعب ، الذي أزعج العديد من الباحثين على مر السنين ، له جذوره في نظرية نقل الإلكترون البسيطة:
عندما تنتقل الإلكترونات في مواد صلبة ، فإن القوة الكهروستاتيكية الناتجة عن الشوائب / الشحنات التي لا يمكن تجنبها في البيئة تؤدي إلى انحراف مسار الإلكترون عن المسار الأصلي: ما يسمى بعملية "تشتت الإلكترون". كلما زادت أحداث التشتت ، زادت صعوبة انتقال الإلكترونات في المادة الصلبة ، وبالتالي انخفضت الموصلية.
غالبًا ما يحتوي سطح أشباه الموصلات على مستويات عالية من الشحنات غير المرغوب فيها المحاصرة بواسطة الروابط الكيميائية غير المرضية - أو الروابط "المتدلية" - لذرات السطح. تسبب هذه الشحنة السطحية تشتت الإلكترونات في القناة وتقلل من توصيل الجهاز. نتيجة لذلك ، عندما يتم تقريب القناة الموصلة من السطح ، يغرق أداء / موصلية HEMT بسرعة.
بالإضافة إلى ذلك ، تخلق الشحنة السطحية تقلبات محتملة محلية والتي ، بصرف النظر عن خفض التوصيلية ، تؤدي إلى ضوضاء الشحن في الأجهزة الحساسة مثل ملامسات النقاط الكمومية والنقاط الكمومية.
الحل: إن زيادة بوابة التبديل أولاً يقلل من التشتت
بالتعاون مع مزارعي بسكويت الويفر في جامعة كامبريدج ، أظهر الفريق في جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني أنه يمكن القضاء على المشكلة المرتبطة بشحنة السطح عن طريق تنمية بوابة الألمنيوم فوق المحور قبل إزالة الرقاقة من غرفة النمو.
قارن الفريق HEMTs الضحلة المصنعة على رقاقات ذات هياكل وظروف نمو متطابقة تقريبًا - واحدة مع بوابة ألمنيوم فوقية ، والثانية ببوابة معدنية خارج الموقع ترسبت على عازل أكسيد الألومنيوم.
قاموا بتمييز الأجهزة باستخدام قياسات النقل ذات درجة الحرارة المنخفضة وأظهروا أن تصميم البوابة الفوقية قلل بشكل كبير من تشتت الشحنة السطحية ، مع زيادة تصل إلى 2.5 × في التوصيل.
كما أظهروا أن بوابة الألمنيوم فوق المحور يمكن أن تكون منقوشة لصنع هياكل نانوية. أ كميةأظهرت نقطة التلامس التي تم تصنيعها باستخدام الهيكل المقترح تكميمًا قويًا وقابل للتكرار في التوصيل أحادي الأبعاد ، مع ضوضاء شحن منخفضة للغاية.
تشير الموصلية العالية في الرقاقات الضحلة للغاية ، وتوافق الهيكل مع تصنيع الأجهزة النانوية القابلة لإعادة الإنتاج ، إلى أن رقائق الألمنيوم المزروعة في MBE هي مرشحة مثالية لصنع الأجهزة الإلكترونية الصغيرة جدًا ، والنقاط الكمية ، وتطبيقات الكيوبت.
ELE تايمز
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsتدعم Infineon تطوير النظام البيئي في الزراعة الخضراء بالتعاون مع Invest India في تحدي تصميم محرك محرك للمضخات الشمسية
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInbase تطلق ساعة ذكية Urban Lite Z مزودة بشاشة مقاس 1.75 بوصة بتقنية IPS
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsتتعاون STMicroelectronics مع Eyeris على تكامل Global-Shutter مدخل بطاقة الذاكرة : نعم حل لمراقبة السيارات داخل المقصورة
-
ELE تايمزhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsملفات Chipmaker GlobalFoundries بشكل سري للاكتتاب العام في الولايات المتحدة: المصادر