«Растущие» электронные компоненты непосредственно на полупроводниковом блоке позволяют избежать беспорядочного шумного окисления, которое замедляет и затрудняет работу электроники.
Исследование UNSW, проведенное в этом месяце, показывает, что полученные компоненты с высокой мобильностью являются идеальными кандидатами для высокочастотных сверхмалых электронных устройств, квантовых точек и кубитов в квантовых вычислениях.
Меньше значит быстрее, но и шумнее
Чтобы сделать компьютеры более быстрыми, требуются транзисторы все меньшего размера, а эти электронные компоненты теперь имеют размер всего несколько нанометров. (В центральном кристалле современных смартфонов размером с почтовую марку содержится около 12 миллиардов транзисторов.)
Однако в даже меньших по размеру устройствах канал, через который проходят электроны, должен располагаться очень близко к границе раздела между электронами. Полупроводниковое и металлические ворота, используемые для поворота Транзистор включить и выключить. Неизбежное окисление поверхности и другие поверхностные загрязнения вызывают нежелательное рассеяние электронов, протекающих через канал, а также приводят к нестабильности и шуму, которые особенно проблематичны для квантовых устройств.
В новой работе исследователи создают транзисторы, в которых ультратонкий металлический затвор выращивается как часть полупроводник кристалл, предотвращая проблемы, связанные с окислением поверхности полупроводника.
Мы продемонстрировали, что эта новая конструкция значительно снижает нежелательные эффекты от поверхностных дефектов, и показали, что наноразмерные квантовые точечные контакты демонстрируют значительно более низкий уровень шума, чем устройства, изготовленные с использованием традиционных подходов.
Эта новая монокристаллическая конструкция будет идеальной для создания сверхмалых электронных устройств, квантовых точек и приложений с кубитами.
Полупроводниковые приборы являются основой современной электроники. Полевые транзисторы (FET) являются одними из строительных блоков бытовой электроники, компьютеров и телекоммуникационных устройств.
Транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) - это полевые транзисторы, которые объединяют два полупроводника с разной шириной запрещенной зоны (т.е. они являются «гетероструктурами») и широко используются для мощных высокочастотных приложений, таких как сотовые телефоны, радары, радио и др. спутниковая связь.
Эти устройства оптимизированы для обеспечения высокой проводимости (по сравнению с обычными MOSFET устройств), чтобы снизить уровень шума устройства и обеспечить работу с более высокой частотой. Улучшение электронной проводимости в этих устройствах должно напрямую улучшить производительность устройств в критических приложениях.
Стремление делать электронные устройства все меньшего размера требует, чтобы проводящий канал в HEMT находился в непосредственной близости от поверхности устройства. Сложная часть, которая беспокоила многих исследователей на протяжении многих лет, уходит своими корнями в простую теорию переноса электронов:
Когда электроны перемещаются в твердых телах, электростатическая сила из-за неизбежных примесей / заряда в окружающей среде заставляет траекторию электронов отклоняться от первоначального пути: так называемый процесс «рассеяния электронов». Чем больше случаев рассеяния, тем труднее электронам перемещаться в твердом теле и, следовательно, тем ниже проводимость.
Поверхность полупроводников часто имеет высокие уровни нежелательного заряда, захваченного неудовлетворенными химическими связями - или «оборванными» связями - поверхностных атомов. Этот поверхностный заряд вызывает рассеяние электронов в канале и снижает проводимость устройства. Как следствие, когда проводящий канал приближается к поверхности, производительность / проводимость HEMT резко падает.
Кроме того, поверхностный заряд создает локальные потенциальные флуктуации, которые, помимо снижения проводимости, приводят к зарядовому шуму в чувствительных устройствах, таких как квантовые точечные контакты и квантовые точки.
Решение: сначала увеличение переключающего затвора уменьшает рассеяние.
Сотрудничая с производителями пластин из Кембриджского университета, команда UNSW в Сиднее показала, что проблема, связанная с поверхностным зарядом, может быть устранена путем выращивания эпитаксиального алюминиевого затвора перед извлечением пластины из камеры для выращивания.
Команда сравнила неглубокие HEMT, изготовленные на двух пластинах с почти идентичной структурой и условиями роста - одна с эпитаксиальным алюминиевым затвором, а вторая с металлическим затвором ex-situ, нанесенным на диэлектрик из оксида алюминия.
Они охарактеризовали устройства, используя измерения низкотемпературного переноса, и показали, что конструкция эпитаксиального затвора значительно снижает рассеяние поверхностного заряда с увеличением проводимости до 2.5 раз.
Они также показали, что эпитаксиальный алюминиевый затвор может быть структурирован для создания наноструктур. А квантовыйТочечный контакт, изготовленный с использованием предложенной структуры, показал надежное и воспроизводимое квантование одномерной проводимости с чрезвычайно низким зарядовым шумом.
Высокая проводимость сверхмелких пластин и совместимость структуры с воспроизводимым процессом изготовления наноустройств позволяют предположить, что алюминиевые пластины с затвором, выращенные методом MBE, являются идеальными кандидатами для создания сверхмалых электронных устройств, квантовых точек и кубитов.
ЭЛЕ Таймс
-
ЭЛЕ Таймсhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInfineon поддерживает развитие экосистемы в экологически чистом сельском хозяйстве в сотрудничестве с Invest India в решении проблемы проектирования приводов для солнечных насосов
-
ЭЛЕ Таймсhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsInbase выпускает умные часы Urban Lite Z с 1.75-дюймовым дисплеем IPS
-
ЭЛЕ Таймсhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSTMicroelectronics сотрудничает с Eyeris по интеграции Global-Shutter датчик Решение для автомобильного мониторинга в салоне
-
ЭЛЕ Таймсhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsКонфиденциальность файлов Chipmaker GlobalFoundries для IPO в США: источники