電子部品を半導体ブロック上に直接「成長させる」ことで、電子動作を遅くし、妨げる厄介でノイズの多い酸化散乱を回避します。
今月行われたUNSWの調査によると、結果として得られる高移動度コンポーネントは、量子コンピューティングにおける高周波、超小型電子デバイス、量子ドット、およびキュービットアプリケーションの理想的な候補です。
小さいほど高速ですが、ノイズも大きくなります
コンピュータを高速化するには、これまでになく小さなトランジスタが必要であり、これらの電子部品のサイズはほんの一握りのナノメートルになりました。 （現代のスマートフォンの切手サイズの中央チップには約12億個のトランジスタがあります。）
ただし、さらに小さなデバイスでは、電子が流れるチャネルは、 半導体 とを回すために使用される金属ゲート トランジスタ オンとオフ。 避けられない表面酸化および他の表面汚染物質は、チャネルを流れる電子の望ましくない散乱を引き起こし、また、量子デバイスにとって特に問題となる不安定性およびノイズをもたらす。
新しい研究では、研究者らは、極薄金属ゲートが成長の一部として成長したトランジスタを作成した。 半導体 結晶を保護し、半導体表面の酸化に関連する問題を防ぎます。
この新しい設計により、表面の欠陥による不要な影響が劇的に減少することを実証し、ナノスケールの量子ポイントコンタクトが従来のアプローチを使用して製造されたデバイスよりも大幅に低いノイズを示すことを示しました。
この新しい単結晶設計は、超小型電子デバイス、量子ドット、およびキュービットアプリケーションの作成に最適です。
半導体デバイスは、現代の電子機器の定番です。 電界効果トランジスタ（FET）は、家庭用電化製品、コンピューター、および通信デバイスの構成要素のXNUMXつです。
高電子移動度トランジスタ（HEMT）は、バンドギャップの異なるXNUMXつの半導体を組み合わせた電界効果トランジスタ（つまり、「ヘテロ構造」）であり、携帯電話、レーダー、ラジオ、衛星通信。
これらのデバイスは、（従来のデバイスと比較して）高い導電性を持つように最適化されています モスフェット デバイス）より低いデバイスノイズを提供し、より高い周波数の動作を可能にします。 これらのデバイス内の電子伝導を改善すると、重要なアプリケーションでのデバイスのパフォーマンスが直接改善されるはずです。
ますます小型化する電子デバイスを製造するためには、HEMTの導電チャネルをデバイスの表面に近接させる必要があります。 長年にわたって多くの研究者を悩ませてきた挑戦的な部分は、単純な電子伝達理論にそのルーツがあります。
電子が固体内を移動するとき、環境内の避けられない不純物/電荷による静電力により、電子の軌道が元の経路から外れます。いわゆる「電子散乱」プロセスです。 散乱イベントが多いほど、電子が固体内を移動するのが難しくなり、導電率が低下します。
半導体の表面には、表面原子の満たされていない化学結合、つまり「ダングリング」ボンドによってトラップされた高レベルの不要な電荷が含まれていることがよくあります。 この表面電荷により、チャネル内で電子が散乱し、デバイスの導電率が低下します。 結果として、導電性チャネルが表面に近づくと、HEMTの性能/導電率は急速に低下します。
さらに、表面電荷は局所的な電位変動を引き起こし、導電率を低下させるだけでなく、量子ポイントコンタクトや量子ドットなどの敏感なデバイスに電荷ノイズをもたらします。
解決策：最初にスイッチングゲートを大きくすると、散乱が減少します
ケンブリッジ大学のウェーハ生産者と協力して、UNSW Sydneyのチームは、成長チャンバーからウェーハを取り出す前にエピタキシャルアルミニウムゲートを成長させることで、表面電荷に関連する問題を解消できることを示しました。
チームは、ほぼ同じ構造と成長条件を持つXNUMXつのウェーハ上に製造された浅いHEMTを比較しました。XNUMXつはエピタキシャルアルミニウムゲート、もうXNUMXつは酸化アルミニウム誘電体上に堆積されたex-situ金属ゲートです。
彼らは、低温輸送測定を使用してデバイスの特性を明らかにし、エピタキシャルゲート設計が表面電荷散乱を大幅に低減し、導電率が最大2.5倍増加することを示しました。
彼らはまた、エピタキシャルアルミニウムゲートをパターン化してナノ構造を作ることができることを示した。 NS 量子-提案された構造を使用して製造された点接触は、非常に低い電荷ノイズで、堅牢で再現性のある1Dコンダクタンス量子化を示しました。
超浅いウェーハの高い導電率、および再現可能なナノデバイス製造との構造の互換性は、MBE成長アルミニウムゲートウェーハが超小型電子デバイス、量子ドット、およびキュービットアプリケーションを作成するための理想的な候補であることを示唆しています。
ELEタイムズ
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