רכיבים אלקטרוניים "הגדלים" ישירות על בלוק מוליכים למחצה, מונעים פיזור חמצון מבולגן ורועש שמאט ומעכב את הפעולה האלקטרונית.
מחקר של UNSW שנערך החודש מראה כי הרכיבים הניידים הגבוהים המתקבלים הם מועמדים אידיאליים למכשירים אלקטרוניים בתדירות גבוהה במיוחד, נקודות קוונטיות ויישומי qubit במחשוב קוונטי.
פירושו של קטן יותר הוא מהיר יותר, אך גם רועש יותר
כדי להפוך את המחשבים למהירים יותר נדרשים טרנזיסטורים קטנים יותר ויותר, כאשר הרכיבים האלקטרוניים האלה הם בגודל קומץ ננומטר בלבד. (ישנם שבבים של 12 מיליארד טרנזיסטורים בשבב המרכזי בגודל החותמת של סמארטפונים מודרניים.)
עם זאת, במכשירים קטנים עוד יותר, הערוץ שהאלקטרונים זורמים בו חייב להיות קרוב מאוד לממשק שבין סמיקונדקטור והשער המתכתי ששימש לסובב את טרנזיסטור לסירוגין. חמצון משטח בלתי נמנע ומזהמי שטח אחרים גורמים לפיזור לא רצוי של אלקטרונים הזורמים בערוץ ומובילים גם לחוסר יציבות ורעש שהם בעייתיים במיוחד עבור מכשירים קוונטיים.
בעבודה החדשה, החוקרים יוצרים טרנזיסטורים שבהם מגדלים שער מתכת דק במיוחד כחלק מה- סמיקונדקטור קריסטל, מונע בעיות הקשורות לחמצון משטח המוליך למחצה.
הוכחנו כי עיצוב חדש זה מפחית באופן דרמטי את ההשפעות הבלתי רצויות מחוסר פגמים במשטח, ומראים כי מגעי נקודה קוונטית בקנה מידה ננומי מפגינים רעש נמוך משמעותית ממכשירים המיוצרים בשיטות קונבנציונאליות.
עיצוב חדש של קריסטל יחיד יהיה אידיאלי לייצור מכשירים אלקטרוניים קטנים במיוחד, נקודות קוונטיות ויישומי qubit.
התקני מוליכים למחצה הם מרכיב עיקרי של האלקטרוניקה המודרנית. טרנזיסטורים של אפקט שדה (FET) הם אחד מאבני הבניין של מוצרי אלקטרוניקה, מחשבים והתקני תקשורת.
טרנזיסטורים לניידות אלקטרונים (HEMTs) הם טרנזיסטורים של אפקט שדה המשלבים שני מוליכים למחצה עם פער פס שונה (כלומר, הם "הטרו-מבנים") ומשתמשים בהם רבות ביישומים בעלי תדירות גבוהה, כגון טלפונים סלולריים, מכ"ם, רדיו ו תקשורת לווינית.
מכשירים אלה מותאמים לבעלי מוליכות גבוהה (בהשוואה למקובל MOSFET התקנים) כדי לספק רעש מכשיר נמוך יותר ולאפשר פעולות בתדירות גבוהה יותר. שיפור הולכת האלקטרונים בתוך מכשירים אלה אמור לשפר ישירות את ביצועי המכשיר ביישומים קריטיים.
החיפוש אחר יצירת מכשירים אלקטרוניים קטנים יותר ויותר דורש מהערוץ המוליך במכשירי HEMT להיות בסמיכות לפני השטח של המכשיר. החלק המאתגר, שהטריד חוקרים רבים לאורך השנים, שורשיו בתיאוריה פשוטה של הובלת אלקטרונים:
כאשר אלקטרונים נוסעים במוצקים, הכוח האלקטרוסטטי עקב זיהומים/מטען בלתי נמנעים בסביבה גורם למסלול האלקטרונים לסטות מהנתיב המקורי: מה שמכונה "פיזור אלקטרונים". ככל שאירועי הפיזור רבים יותר, כך קשה יותר לאלקטרונים לנסוע במוצק, וכך המוליכות נמוכה יותר.
על פני השטח של מוליכים למחצה יש לעתים קרובות רמות גבוהות של מטען לא רצוי שנלכדות על ידי הקשרים הכימיים - או קשרים "משתלשלים" - של אטומי השטח. מטען פני השטח הזה גורם לפיזור האלקטרונים בערוץ ומפחית את מוליכות המכשיר. כתוצאה מכך, כאשר התעלה המוליכה מתקרבת לפני השטח, הביצועים/המוליכות של ה- HEMT צונחים במהירות.
בנוסף, מטען פני השטח יוצר תנודות פוטנציאליות מקומיות אשר מלבד הורדת המוליכות גורמות לרעש מטען במכשירים רגישים כגון מגעי נקודות קוונטיות ונקודות קוונטיות.
הפתרון: גידול שער המיתוג מצמצם תחילה את הפיזור
הצוות ב UNSW סידני, בשיתוף פעולה עם מגדלי ופלים באוניברסיטת קיימברידג ', הראה כי ניתן לסלק את הבעיה הקשורה במטען פני השטח על ידי גידול שער אלומיניום אפיטקסיאלי לפני הוצאת הפרוס מחדר הגידול.
הצוות השווה HEMT רדודים המיוצרים על שני ופלים בעלי מבנים ותנאי גידול כמעט זהים-האחד עם שער אלומיניום אפיטקסיאלי, והשני עם שער מתכת לשעבר שהונח על דיאלקטרי תחמוצת אלומיניום.
הם אפיינו את המכשירים באמצעות מדידות הובלה בטמפרטורה נמוכה והראו שעיצוב השער האפיטקסיאלי הפחית מאוד את פיזור מטעני השטח, עם עלייה של עד 2.5 × במוליכות.
הם הראו גם כי ניתן לאפיין את שער האלומיניום האפיטקסיאלי ליצירת ננו -מבנים. א קוונטימגע נקודתי המיוצר באמצעות המבנה המוצע הראה כימות מוליכות 1D חזקה וניתנת לשחזור, עם רעש מטען נמוך במיוחד.
המוליכות הגבוהה בוופלים רדודים במיוחד והתאימות של המבנה לייצור מכשירי ננו הניתנים לשחזור, מעידים כי פרוסות מגודרות מאלומיניום מגודלות MBE הן מועמדות אידיאליות לייצור מכשירים אלקטרוניים קטנים במיוחד, נקודות קוונטיות ויישומי qubit.
ELE טיימס
-
ELE טיימסhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsאינפיניון תומכת בפיתוח מערכות אקולוגיות בחקלאות ירוקה בשיתוף פעולה עם השקעות הודו באתגר תכנון כונן המנוע למשאבות סולאריות
-
ELE טיימסhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInbase משיקה את השעון החכם 'Urban Lite Z' עם תצוגת IPS בגודל 1.75 אינץ '
-
ELE טיימסhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSTMicroelectronics משתפת פעולה עם Eyeris בנושא שילוב של תריס עולמי חיישן פתרון לניטור רכב בתא
-
ELE טיימסhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsChipmaker GlobalFoundries קובץ באופן סודי להנפקה בארה"ב: מקורות