Componentes eletrônicos "crescentes" diretamente no bloco de semicondutores evitam a dispersão de oxidação confusa e barulhenta que retarda e impede a operação eletrônica.
Um estudo da UNSW divulgado este mês mostra que os componentes de alta mobilidade resultantes são candidatos ideais para dispositivos eletrônicos ultrapequenos de alta frequência, pontos quânticos e aplicativos qubit em computação quântica.
Menor significa mais rápido, mas também mais barulhento
Tornar os computadores mais rápidos requer transistores cada vez menores, com esses componentes eletrônicos agora com apenas um punhado de nanômetros. (Existem cerca de 12 bilhões de transistores no chip central do tamanho de um selo postal dos smartphones modernos.)
No entanto, em dispositivos ainda menores, o canal através do qual os elétrons fluem deve estar muito próximo da interface entre os Semicondutores e o portão metálico usado para girar o Transistor ligado e desligado. A oxidação da superfície inevitável e outros contaminantes da superfície causam o espalhamento indesejado de elétrons que fluem através do canal e também levam a instabilidades e ruído que são particularmente problemáticos para dispositivos quânticos.
No novo trabalho, os pesquisadores criam transistores nos quais uma porta metálica ultrafina é cultivada como parte do Semicondutor cristal, evitando problemas associados à oxidação da superfície semicondutora.
Demonstramos que este novo design reduz drasticamente os efeitos indesejados de imperfeições da superfície e mostramos que os contatos de ponto quântico em nanoescala exibem ruído significativamente menor do que os dispositivos fabricados usando abordagens convencionais.
Este novo design de cristal único será ideal para fazer dispositivos eletrônicos ultrapequenos, pontos quânticos e aplicações de qubit.
Dispositivos semicondutores são um grampo da eletrônica moderna. Os transistores de efeito de campo (FETs) são um dos blocos de construção de eletrônicos de consumo, computadores e dispositivos de telecomunicações.
Transistores de alta mobilidade de elétrons (HEMTs) são transistores de efeito de campo que combinam dois semicondutores com bandgap diferente (ou seja, eles são "heteroestruturas") e são amplamente usados para aplicações de alta potência e alta frequência, como telefones celulares, radar, rádio e comunicações via satélite.
Esses dispositivos são otimizados para ter alta condutividade (em comparação com os convencionais mosfet dispositivos) para fornecer ruído de dispositivo mais baixo e permitir operações de frequência mais alta. Melhorar a condução de elétrons dentro desses dispositivos deve melhorar diretamente o desempenho do dispositivo em aplicações críticas.
A busca por dispositivos eletrônicos cada vez menores exige que o canal condutor em HEMTs esteja próximo à superfície do dispositivo. A parte desafiadora, que tem incomodado muitos pesquisadores ao longo dos anos, tem suas raízes na teoria simples do transporte de elétrons:
Quando os elétrons viajam em sólidos, a força eletrostática devido a impurezas / cargas inevitáveis no ambiente faz com que a trajetória do elétron se desvie do caminho original: o chamado processo de “espalhamento de elétrons”. Quanto mais eventos de espalhamento, mais difícil será para os elétrons viajarem no sólido e, portanto, menor será a condutividade.
A superfície dos semicondutores frequentemente tem altos níveis de carga indesejada presa pelas ligações químicas insatisfeitas - ou ligações "pendentes" - dos átomos da superfície. Essa carga superficial causa o espalhamento de elétrons no canal e reduz a condutividade do dispositivo. Como consequência, quando o canal condutor é trazido para perto da superfície, o desempenho / condutividade do HEMT cai rapidamente.
Além disso, a carga superficial cria flutuações potenciais locais que, além de diminuir a condutividade, resultam em ruído de carga em dispositivos sensíveis, como contatos de pontos quânticos e pontos quânticos.
A solução: aumentar a porta de comutação primeiro reduz a dispersão
Colaborando com produtores de wafer na Universidade de Cambridge, a equipe da UNSW Sydney mostrou que o problema associado à carga superficial pode ser eliminado aumentando uma porta epitaxial de alumínio antes de remover o wafer da câmara de crescimento.
A equipe comparou HEMTs rasos fabricados em duas bolachas com estruturas e condições de crescimento quase idênticas - uma com uma porta de alumínio epitaxial e outra com uma porta de metal ex-situ depositada em um dielétrico de óxido de alumínio.
Eles caracterizaram os dispositivos usando medições de transporte de baixa temperatura e mostraram que o design da porta epitaxial reduziu bastante o espalhamento de carga superficial, com aumento de até 2.5 × na condutividade.
Eles também mostraram que a porta de alumínio epitaxial pode ser padronizada para fazer nanoestruturas. UMA quantumO contato de ponto fabricado usando a estrutura proposta mostrou uma quantização de condutância 1D robusta e reprodutível, com ruído de carga extremamente baixo.
A alta condutividade em wafers ultra-rasos e a compatibilidade da estrutura com a fabricação de nano-dispositivos reproduzíveis sugere que os wafers de alumínio crescidos em MBE são candidatos ideais para fazer dispositivos eletrônicos ultrapequenos, pontos quânticos e aplicações de qubit.
Horários ELE
-
Horários ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInfineon apóia desenvolvimento de ecossistemas em agricultura verde em colaboração com Invest India no desafio de projeto de acionamento de motor para bombas solares
-
Horários ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInbase lança smartwatch 'Urban Lite Z' com tela IPS de 1.75 ”
-
Horários ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSTMicroelectronics colabora com a Eyeris na integração do Global-Shutter sensor Solução para monitoramento automotivo na cabine
-
Horários ELEhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsChipmaker GlobalFoundries Arquivos confidencialmente para US IPO: Fontes