Los componentes electrónicos “crecientes” directamente en el bloque de semiconductores evitan la dispersión de oxidación ruidosa y desordenada que ralentiza e impide la operación electrónica.
Un estudio de la UNSW publicado este mes muestra que los componentes de alta movilidad resultantes son candidatos ideales para dispositivos electrónicos ultrapequeños de alta frecuencia, puntos cuánticos y aplicaciones qubit en computación cuántica.
Más pequeño significa más rápido, pero también más ruidoso
Hacer que las computadoras sean más rápidas requiere transistores cada vez más pequeños, con estos componentes electrónicos ahora de solo un puñado de nanómetros de tamaño. (Hay alrededor de 12 mil millones de transistores en el chip central del tamaño de un sello postal de los teléfonos inteligentes modernos).
Sin embargo, en dispositivos aún más pequeños, el canal por el que fluyen los electrones tiene que estar muy cerca de la interfaz entre los electrones. Semiconductores y la puerta metálica utilizada para girar el Transistor encendido y apagado. La oxidación inevitable de la superficie y otros contaminantes de la superficie causan la dispersión no deseada de los electrones que fluyen a través del canal y también conducen a inestabilidades y ruido que son particularmente problemáticos para los dispositivos cuánticos.
En el nuevo trabajo, los investigadores crean transistores en los que se cultiva una puerta de metal ultrafina como parte del semiconductor cristal, evitando problemas asociados con la oxidación de la superficie del semiconductor.
Hemos demostrado que este nuevo diseño reduce drásticamente los efectos no deseados de las imperfecciones de la superficie y muestra que los contactos de puntos cuánticos a nanoescala exhiben un ruido significativamente menor que los dispositivos fabricados con enfoques convencionales.
Este nuevo diseño de monocristal será ideal para crear dispositivos electrónicos ultrapequeños, puntos cuánticos y aplicaciones de qubit.
Los dispositivos semiconductores son un elemento básico de la electrónica moderna. Los transistores de efecto de campo (FET) son uno de los componentes básicos de la electrónica de consumo, las computadoras y los dispositivos de telecomunicaciones.
Los transistores de alta movilidad de electrones (HEMT) son transistores de efecto de campo que combinan dos semiconductores con diferente banda prohibida (es decir, son "heteroestructuras") y se utilizan ampliamente para aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia, como teléfonos móviles, radares, radio y comunicaciones por satélite.
Estos dispositivos están optimizados para tener una alta conductividad (en comparación con los dispositivos convencionales). mosfet dispositivos) para proporcionar un menor ruido del dispositivo y permitir operaciones de mayor frecuencia. La mejora de la conducción de electrones dentro de estos dispositivos debería mejorar directamente el rendimiento del dispositivo en aplicaciones críticas.
La búsqueda para fabricar dispositivos electrónicos cada vez más pequeños exige que el canal conductor en los HEMT esté muy cerca de la superficie del dispositivo. La parte desafiante, que ha preocupado a muchos investigadores a lo largo de los años, tiene sus raíces en la teoría simple del transporte de electrones:
Cuando los electrones viajan en sólidos, la fuerza electrostática debida a impurezas / cargas inevitables en el entorno hace que la trayectoria del electrón se desvíe de la trayectoria original: el llamado proceso de “dispersión de electrones”. Cuantos más eventos de dispersión, más difícil es para los electrones viajar en el sólido y, por lo tanto, menor es la conductividad.
La superficie de los semiconductores a menudo tiene altos niveles de carga no deseada atrapada por los enlaces químicos insatisfechos, o enlaces "colgantes", de los átomos de la superficie. Esta carga superficial provoca la dispersión de electrones en el canal y reduce la conductividad del dispositivo. Como consecuencia, cuando el canal conductor se acerca a la superficie, el rendimiento / conductividad del HEMT desciende rápidamente.
Además, la carga superficial crea fluctuaciones potenciales locales que, además de reducir la conductividad, dan como resultado ruido de carga en dispositivos sensibles como contactos de puntos cuánticos y puntos cuánticos.
La solución: hacer crecer la puerta de conmutación primero reduce la dispersión
En colaboración con los productores de obleas de la Universidad de Cambridge, el equipo de UNSW Sydney demostró que el problema asociado con la carga superficial se puede eliminar haciendo crecer una compuerta de aluminio epitaxial antes de retirar la oblea de la cámara de crecimiento.
El equipo comparó HEMT poco profundos fabricados en dos obleas con estructuras y condiciones de crecimiento casi idénticas, una con una compuerta de aluminio epitaxial y la segunda con una compuerta de metal ex situ depositada sobre un dieléctrico de óxido de aluminio.
Caracterizaron los dispositivos utilizando mediciones de transporte a baja temperatura y mostraron que el diseño de la puerta epitaxial redujo en gran medida la dispersión de la carga superficial, con un aumento de hasta 2.5 veces la conductividad.
También demostraron que la puerta de aluminio epitaxial se puede modelar para hacer nanoestructuras. A cuánticoEl contacto puntual fabricado utilizando la estructura propuesta mostró una cuantificación de conductancia 1D robusta y reproducible, con un ruido de carga extremadamente bajo.
La alta conductividad en obleas ultra-superficiales, y la compatibilidad de la estructura con la fabricación reproducible de nano-dispositivos, sugiere que las obleas con compuerta de aluminio cultivadas con MBE son candidatos ideales para hacer dispositivos electrónicos ultra-pequeños, puntos cuánticos y aplicaciones de qubit.
Horarios ELE
-
Horarios ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInfineon apoya el desarrollo de ecosistemas en agricultura ecológica en colaboración con Invest India en el desafío de diseño de motores para bombas solares
-
Horarios ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInbase lanza el reloj inteligente 'Urban Lite Z' con pantalla IPS de 1.75 "
-
Horarios ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSTMicroelectronics colabora con Eyeris en la integración de Global-Shutter sensor Solución para el monitoreo automotriz en cabina
-
Horarios ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsChipmaker GlobalFoundries presenta de forma confidencial la oferta pública inicial de EE. UU .: Fuentes