"Menumbuhkan" komponen elektronik langsung ke blok semikonduktor menghindari hamburan oksidasi yang berantakan dan berisik yang memperlambat dan menghambat operasi elektronik.
Sebuah studi UNSW bulan ini menunjukkan bahwa komponen mobilitas tinggi yang dihasilkan adalah kandidat ideal untuk frekuensi tinggi, perangkat elektronik ultra-kecil, titik kuantum, dan aplikasi qubit dalam komputasi kuantum.
Lebih kecil berarti lebih cepat, tetapi juga lebih berisik
Membuat komputer lebih cepat membutuhkan transistor yang semakin kecil, dengan komponen elektronik ini sekarang hanya berukuran beberapa nanometer. (Ada sekitar 12 miliar transistor dalam chip sentral smartphone modern seukuran prangko.)
Namun, dalam perangkat yang lebih kecil, saluran yang dilalui elektron harus sangat dekat dengan antarmuka antara Semikonduktor dan gerbang logam yang digunakan untuk memutar Transistor nyala dan mati. Oksidasi permukaan yang tidak dapat dihindari dan kontaminan permukaan lainnya menyebabkan hamburan elektron yang tidak diinginkan yang mengalir melalui saluran dan juga menyebabkan ketidakstabilan dan kebisingan yang sangat bermasalah untuk perangkat kuantum.
Dalam karya barunya, para peneliti membuat transistor di mana gerbang logam ultra-tipis ditanam sebagai bagiannya semikonduktor kristal, mencegah masalah yang terkait dengan oksidasi permukaan semikonduktor.
Kami telah menunjukkan bahwa desain baru ini secara dramatis mengurangi efek yang tidak diinginkan dari ketidaksempurnaan permukaan, dan menunjukkan bahwa kontak titik kuantum skala nano menunjukkan kebisingan yang jauh lebih rendah daripada perangkat yang dibuat menggunakan pendekatan konvensional.
Desain kristal tunggal baru ini akan ideal untuk membuat perangkat elektronik ultra-kecil, titik kuantum, dan aplikasi qubit.
Perangkat semikonduktor adalah pokok elektronik modern. Transistor efek medan (FET) adalah salah satu blok bangunan elektronik konsumen, komputer, dan perangkat telekomunikasi.
Transistor mobilitas elektron tinggi (HEMTs) adalah transistor efek medan yang menggabungkan dua semikonduktor dengan celah pita yang berbeda (yaitu, mereka adalah "struktur hetero") dan banyak digunakan untuk daya tinggi, aplikasi frekuensi tinggi seperti ponsel, radar, radio dan komunikasi satelit.
Perangkat ini dioptimalkan untuk memiliki konduktivitas tinggi (dibandingkan dengan konvensional MOSFET perangkat) untuk memberikan kebisingan perangkat yang lebih rendah dan memungkinkan operasi frekuensi yang lebih tinggi. Meningkatkan konduksi elektron dalam perangkat ini harus secara langsung meningkatkan kinerja perangkat dalam aplikasi penting.
Upaya untuk membuat perangkat elektronik yang semakin kecil menuntut saluran konduksi di HEMT berada di dekat permukaan perangkat. Bagian yang menantang, yang telah mengganggu banyak peneliti selama bertahun-tahun, berakar pada teori transpor elektron sederhana:
Ketika elektron bergerak dalam padatan, gaya elektrostatik karena pengotor/muatan yang tidak dapat dihindari di lingkungan menyebabkan lintasan elektron menyimpang dari jalur aslinya: yang disebut proses "hamburan elektron". Semakin banyak peristiwa hamburan, semakin sulit bagi elektron untuk bergerak dalam padatan, dan dengan demikian semakin rendah konduktivitasnya.
Permukaan semikonduktor sering kali memiliki muatan yang tidak diinginkan tingkat tinggi yang terperangkap oleh ikatan kimia yang tidak terpenuhi—atau ikatan “menggantung”—dari atom permukaan. Muatan permukaan ini menyebabkan hamburan elektron di saluran dan mengurangi konduktivitas perangkat. Akibatnya, ketika saluran penghantar didekatkan ke permukaan, kinerja/konduktivitas HEMT turun dengan cepat.
Selain itu, muatan permukaan menciptakan fluktuasi potensial lokal yang, selain menurunkan konduktivitas, menghasilkan noise-muatan pada perangkat sensitif seperti kontak titik kuantum dan titik kuantum.
Solusinya: Menumbuhkan gerbang switching terlebih dahulu mengurangi hamburan
Berkolaborasi dengan petani wafer di Universitas Cambridge, tim di UNSW Sydney menunjukkan bahwa masalah yang terkait dengan muatan permukaan dapat dihilangkan dengan menumbuhkan gerbang aluminium epitaxial sebelum mengeluarkan wafer dari ruang pertumbuhan.
Tim membandingkan HEMT dangkal yang dibuat pada dua wafer dengan struktur dan kondisi pertumbuhan yang hampir identik — satu dengan gerbang aluminium epitaxial, dan yang kedua dengan gerbang logam ex-situ yang disimpan pada dielektrik aluminium oksida.
Mereka mengkarakterisasi perangkat menggunakan pengukuran transportasi suhu rendah dan menunjukkan desain gerbang epitaxial sangat mengurangi hamburan muatan permukaan, dengan peningkatan konduktivitas hingga 2.5×.
Mereka juga menunjukkan bahwa gerbang aluminium epitaxial dapat dipola untuk membuat struktur nano. A kuantum-kontak titik yang dibuat menggunakan struktur yang diusulkan menunjukkan kuantisasi konduktansi 1D yang kuat dan dapat direproduksi, dengan noise muatan yang sangat rendah.
Konduktivitas tinggi dalam wafer ultra-dangkal, dan kompatibilitas struktur dengan fabrikasi perangkat nano yang dapat direproduksi, menunjukkan bahwa wafer bergerbang aluminium yang dikembangkan MBE adalah kandidat ideal untuk membuat perangkat elektronik ultra-kecil, titik kuantum, dan aplikasi qubit.
Waktu ELE
-
Waktu ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInfineon Mendukung Pengembangan Ekosistem dalam Pertanian Hijau Bekerjasama dengan Invest India dalam Tantangan Desain Penggerak Motor untuk Pompa Tenaga Surya
-
Waktu ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInbase Luncurkan Smartwatch 'Urban Lite Z' dengan Layar IPS 1.75”
-
Waktu ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSTMicroelectronics Berkolaborasi dengan Eyeris pada Integrasi Global-Shutter Sensor Solusi untuk Pemantauan Dalam Kabin Otomotif
-
Waktu ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsPembuat Chip GlobalFoundries Berkas Secara Rahasia untuk IPO AS: Sumber