Shunlongwei Co. Ltd

เซมิคอนดักเตอร์พื้นเมืองสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เร็วกว่าและเล็กกว่า

ข่าว
อัปเดต: 6 สิงหาคม 2023
เซมิคอนดักเตอร์พื้นเมืองสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เร็วกว่าและเล็กกว่า

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ "เติบโต" โดยตรงบนบล็อกเซมิคอนดักเตอร์จะหลีกเลี่ยงการกระเจิงออกซิเดชันที่มีเสียงดังและยุ่งเหยิง ซึ่งจะชะลอและขัดขวางการทำงานทางอิเล็กทรอนิกส์

ผลการศึกษาของ UNSW ในเดือนนี้ แสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบที่มีความคล่องตัวสูงที่ได้คือตัวเลือกในอุดมคติสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความถี่สูง ขนาดเล็กพิเศษ จุดควอนตัม และแอปพลิเคชัน qubit ในการคำนวณควอนตัม

เล็กกว่าหมายถึงเร็วกว่า แต่ก็มีเสียงดังเช่นกัน

การทำให้คอมพิวเตอร์เร็วขึ้นต้องใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กลง โดยปัจจุบันชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้มีขนาดเพียงไม่กี่นาโนเมตร (มีทรานซิสเตอร์ประมาณ 12 พันล้านตัวในชิปกลางขนาดเท่าแสตมป์ของสมาร์ทโฟนสมัยใหม่)

อย่างไรก็ตาม ในอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กกว่า ช่องที่อิเล็กตรอนไหลผ่านจะต้องอยู่ใกล้กับส่วนต่อประสานระหว่าง สารกึ่งตัวนำ และประตูโลหะที่ใช้หมุน ทรานซิสเตอร์ เปิดและปิด. การเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิวที่หลีกเลี่ยงไม่ได้และสารปนเปื้อนบนพื้นผิวอื่นๆ ทำให้เกิดการกระเจิงของอิเล็กตรอนที่ไม่ต้องการไหลผ่านช่องสัญญาณ และยังนำไปสู่ความไม่เสถียรและเสียงรบกวนที่เป็นปัญหาเฉพาะสำหรับอุปกรณ์ควอนตัม

ในงานวิจัยชิ้นใหม่นี้ นักวิจัยได้สร้างทรานซิสเตอร์ซึ่งมีประตูโลหะบางเฉียบเพิ่มขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของ สารกึ่งตัวนำ คริสตัลป้องกันปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์

เราได้แสดงให้เห็นว่าการออกแบบใหม่นี้ช่วยลดผลกระทบที่ไม่ต้องการจากความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวได้อย่างมาก และแสดงให้เห็นว่าหน้าสัมผัสจุดควอนตัมระดับนาโนแสดงสัญญาณรบกวนที่ต่ำกว่าอุปกรณ์ที่ประดิษฐ์โดยใช้วิธีการแบบเดิม

การออกแบบผลึกเดี่ยวแบบใหม่นี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กพิเศษ จุดควอนตัม และแอปพลิเคชัน qubit

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เป็นส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ทรานซิสเตอร์แบบ Field-effect (FET) เป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์โทรคมนาคม

ทรานซิสเตอร์แบบเคลื่อนที่ด้วยอิเล็กตรอนสูง (HEMTs) เป็นทรานซิสเตอร์แบบ field-effect ที่รวมสารกึ่งตัวนำสองตัวที่มีแถบความถี่ต่างกัน (กล่าวคือ เป็น "โครงสร้าง heterostructure") และใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูงและความถี่สูง เช่น โทรศัพท์มือถือ เรดาร์ วิทยุ และ การสื่อสารผ่านดาวเทียม

อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการปรับให้มีความนำไฟฟ้าสูง (เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ทั่วไป MOSFET อุปกรณ์) เพื่อให้เสียงของอุปกรณ์ลดลงและเปิดใช้งานการทำงานที่มีความถี่สูงขึ้น การปรับปรุงการนำอิเล็กตรอนภายในอุปกรณ์เหล่านี้ควรปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์โดยตรงในการใช้งานที่สำคัญ

ภารกิจในการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ต้องการให้ช่องสัญญาณใน HEMT อยู่ใกล้กับพื้นผิวของอุปกรณ์ ส่วนที่ท้าทายซึ่งสร้างปัญหาให้กับนักวิจัยจำนวนมากในช่วงหลายปีที่ผ่านมา มีรากฐานมาจากทฤษฎีการขนส่งอิเล็กตรอนอย่างง่าย:

เมื่ออิเล็กตรอนเดินทางในของแข็ง แรงไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากสิ่งสกปรก/ประจุที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในสิ่งแวดล้อมทำให้วิถีอิเล็กตรอนเบี่ยงเบนไปจากเส้นทางเดิม: กระบวนการที่เรียกว่า "การกระเจิงของอิเล็กตรอน" ยิ่งเหตุการณ์กระเจิงมากเท่าไร อิเล็กตรอนจะเดินทางในของแข็งได้ยากขึ้น และทำให้ค่าการนำไฟฟ้าต่ำลง

พื้นผิวของเซมิคอนดักเตอร์มักจะมีประจุที่ไม่ต้องการในระดับสูงซึ่งติดอยู่กับพันธะเคมีที่ไม่น่าพอใจ—หรือพันธะ "ห้อย" ของอะตอมบนพื้นผิว ประจุที่พื้นผิวนี้ทำให้เกิดการกระเจิงของอิเล็กตรอนในช่องและลดการนำไฟฟ้าของอุปกรณ์ ด้วยเหตุนี้ เมื่อช่องทางการนำไฟฟ้าเข้าใกล้พื้นผิว ประสิทธิภาพ/การนำไฟฟ้าของ HEMT จะลดลงอย่างรวดเร็ว

นอกจากนี้ ประจุที่พื้นผิวยังสร้างความผันผวนที่อาจเกิดขึ้นในท้องถิ่น ซึ่งนอกจากจะลดค่าการนำไฟฟ้าแล้ว ยังส่งผลให้เกิดเสียงรบกวนจากประจุในอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน เช่น จุดสัมผัสควอนตัมและจุดควอนตัม

วิธีแก้ปัญหา: การปลูกสวิตชิ่งเกตก่อนจะลดการกระเจิง

ทีมงานที่ UNSW Sydney ร่วมมือกับผู้ปลูกเวเฟอร์ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์แสดงให้เห็นว่าปัญหาที่เกี่ยวข้องกับประจุที่พื้นผิวสามารถขจัดได้ด้วยการปลูกประตูอลูมิเนียม epitaxial ก่อนที่จะถอดแผ่นเวเฟอร์ออกจากห้องเติบโต

ทีมงานได้เปรียบเทียบ HEMT แบบตื้นที่ประดิษฐ์ขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์สองแผ่นที่มีโครงสร้างและสภาวะการเจริญเติบโตเกือบเหมือนกัน—อันหนึ่งมีประตูอะลูมิเนียม epitaxial และอีกอันหนึ่งมีเกทโลหะนอกจุดวางบนไดอิเล็กทริกอะลูมิเนียมออกไซด์

พวกเขาระบุลักษณะอุปกรณ์โดยใช้การวัดการขนส่งที่อุณหภูมิต่ำ และแสดงให้เห็นว่าการออกแบบประตู epitaxial ลดการกระเจิงของประจุที่พื้นผิวลงอย่างมาก โดยมีค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 2.5 เท่า

พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าประตูอลูมิเนียม epitaxial สามารถมีลวดลายเพื่อสร้างโครงสร้างนาโนได้ NS ควอนตัม- จุดสัมผัสที่ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้โครงสร้างที่เสนอนั้นแสดงให้เห็นการวัดปริมาณสื่อนำไฟฟ้า 1D ที่แข็งแกร่งและทำซ้ำได้ โดยมีเสียงรบกวนจากประจุต่ำมาก

การนำไฟฟ้าสูงในเวเฟอร์แบบตื้นพิเศษ และความเข้ากันได้ของโครงสร้างกับการผลิตอุปกรณ์นาโนที่ทำซ้ำได้ แสดงให้เห็นว่าเวเฟอร์แบบรั้วรอบขอบชิดอะลูมิเนียมที่ปลูกด้วย MBE เป็นตัวเลือกในอุดมคติสำหรับการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กพิเศษ จุดควอนตัม และการใช้งานคิวบิต

ELE ไทม์ส
+ โพสต์
  • Infineon สนับสนุนการพัฒนาระบบนิเวศในการเกษตรสีเขียวโดยร่วมมือกับ Invest India ในความท้าทายด้านการออกแบบมอเตอร์ไดรฟ์สำหรับปั๊มพลังงานแสงอาทิตย์
  • Inbase เปิดตัวสมาร์ทวอทช์ 'Urban Lite Z' พร้อมจอแสดงผล IPS 1.75”
  • STMicroelectronics ร่วมมือกับ Eyeris ในการบูรณาการ Global-Shutter เซ็นเซอร์ โซลูชันสำหรับการตรวจสอบภายในห้องโดยสารรถยนต์
  • Chipmaker GlobalFoundries ยื่นฟ้อง IPO ของสหรัฐอเมริกาอย่างเป็นความลับ: Sources
«
»