반도체 블록에 직접 "성장하는" 전자 부품은 전자 작동을 늦추고 방해하는 지저분하고 시끄러운 산화 산란을 방지합니다.
이번 달에 발표된 UNSW 연구에 따르면 생성된 고이동성 구성 요소는 양자 컴퓨팅의 고주파, 초소형 전자 장치, 양자점 및 큐비트 응용 프로그램에 이상적인 후보입니다.
더 작다는 것은 더 빠르지만 더 시끄럽다는 것을 의미합니다.
컴퓨터를 더 빠르게 만들려면 훨씬 더 작은 트랜지스터가 필요하며, 이러한 전자 부품의 크기는 이제 겨우 몇 나노미터에 불과합니다. (현대 스마트폰의 우표 크기의 중앙 칩에는 약 12억 개의 트랜지스터가 있습니다.)
그러나 더 작은 장치에서는 전자가 통과하는 채널이 반도체 및 회전에 사용되는 금속 게이트 트랜지스터 켜짐 및 꺼짐. 피할 수 없는 표면 산화 및 기타 표면 오염 물질은 채널을 통해 흐르는 전자의 원치 않는 산란을 일으키고 양자 장치에 특히 문제가 되는 불안정성과 노이즈를 유발합니다.
새로운 연구에서 연구원들은 초박형 금속 게이트가 성장된 트랜지스터를 만듭니다. 반도체 결정을 형성하여 반도체 표면의 산화와 관련된 문제를 방지합니다.
우리는 이 새로운 디자인이 표면 결함으로 인한 원치 않는 효과를 극적으로 감소시키고 나노 스케일 양자점 접촉이 기존 접근 방식을 사용하여 제작된 장치보다 훨씬 낮은 노이즈를 나타낸다는 것을 보여주었습니다.
이 새로운 단결정 디자인은 초소형 전자 장치, 양자점 및 큐비트 응용 프로그램을 만드는 데 이상적입니다.
반도체 장치는 현대 전자 제품의 필수 요소입니다. 전계 효과 트랜지스터(FET)는 소비자 전자 제품, 컴퓨터 및 통신 장치의 구성 요소 중 하나입니다.
고 전자 이동도 트랜지스터(HEMT)는 서로 다른 밴드갭(즉, "이종 구조")을 가진 두 개의 반도체를 결합하는 전계 효과 트랜지스터이며 휴대폰, 레이더, 라디오 및 위성 통신.
이러한 장치는 높은 전도성을 갖도록 최적화되었습니다(기존 이끼 장치) 더 낮은 장치 잡음을 제공하고 더 높은 주파수 작동을 가능하게 합니다. 이러한 장치 내에서 전자 전도를 개선하면 중요한 응용 분야에서 장치 성능을 직접적으로 향상시킬 수 있습니다.
점점 더 작은 전자 장치를 만들기 위한 탐구는 HEMT의 전도 채널이 장치의 표면에 매우 근접하도록 요구합니다. 수년 동안 많은 연구자들을 괴롭혔던 도전적인 부분은 단순한 전자 수송 이론에 그 뿌리를 두고 있습니다.
전자가 고체로 이동할 때 환경의 불가피한 불순물/전하로 인한 정전기력으로 인해 전자 궤적이 원래 경로에서 벗어나게 됩니다. 이른바 "전자 산란" 과정입니다. 산란 이벤트가 많을수록 전자가 고체에서 이동하기가 더 어려워져 전도도가 낮아집니다.
반도체 표면에는 종종 표면 원자의 만족스럽지 못한 화학 결합 또는 "댕글링" 결합에 의해 포획된 높은 수준의 원치 않는 전하가 있습니다. 이 표면 전하는 채널에서 전자 산란을 유발하고 장치 전도도를 감소시킵니다. 결과적으로 전도 채널이 표면에 가까워지면 HEMT의 성능/전도도가 급격히 떨어집니다.
또한 표면 전하는 전도도를 낮추는 것과 별개로 양자점 접촉 및 양자점과 같은 민감한 장치에서 전하 잡음을 유발하는 국부적인 전위 변동을 생성합니다.
솔루션: 먼저 스위칭 게이트를 성장시키면 산란이 감소합니다.
UNSW Sydney의 팀은 Cambridge University의 웨이퍼 재배자와 협력하여 성장 챔버에서 웨이퍼를 제거하기 전에 에피택셜 알루미늄 게이트를 성장시킴으로써 표면 전하와 관련된 문제를 제거할 수 있음을 보여주었습니다.
팀은 거의 동일한 구조와 성장 조건을 가진 두 개의 웨이퍼에서 제작된 얕은 HEMT를 비교했습니다. 하나는 에피택셜 알루미늄 게이트로, 다른 하나는 산화알루미늄 유전체에 증착된 외부 금속 게이트를 사용했습니다.
그들은 저온 전송 측정을 사용하여 장치를 특성화했으며 에피택셜 게이트 설계가 전도도에서 최대 2.5배 증가와 함께 표면 전하 산란을 크게 감소시켰음을 보여주었습니다.
그들은 또한 에피택셜 알루미늄 게이트가 나노구조를 만들기 위해 패터닝될 수 있음을 보여주었다. NS 양자- 제안된 구조를 사용하여 제작된 점 접촉은 매우 낮은 전하 잡음으로 강력하고 재현 가능한 1D 컨덕턴스 양자화를 보여주었습니다.
매우 얕은 웨이퍼의 높은 전도성과 재현 가능한 나노 장치 제조 구조의 호환성은 MBE 성장 알루미늄 게이트 웨이퍼가 초소형 전자 장치, 양자점 및 큐비트 응용 프로그램을 만드는 데 이상적인 후보임을 시사합니다.
ELE 타임즈
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