Nanodraht-Brückentransistoren eröffnen den Weg zur Elektronik der nächsten Generation

Ein neuer Ansatz für integrierte Schaltkreise, bei dem Atome von Halbleitermaterialien zu Nanodrähten und Strukturen auf Siliziumoberflächen kombiniert werden, verspricht eine neue Generation schneller, robuster elektronischer und photonischer Geräte. Ingenieure der University of California in Davis haben kürzlich mit diesem Ansatz dreidimensionale Nanodrahttransistoren demonstriert, die spannende Möglichkeiten für die Integration anderer Halbleiter wie Galliumnitrid auf Siliziumsubstraten eröffnen.

„Silizium kann nicht alles“, sagte Saif Islam, Professor für Elektro- und Computertechnik an der UC Davis. Schaltkreise, die auf konventionell geätztem Silizium aufgebaut sind, haben ihre untere Größengrenze erreicht, was die Betriebsgeschwindigkeit und Integrationsdichte einschränkt. Darüber hinaus funktionieren herkömmliche Siliziumschaltkreise nicht bei Temperaturen über 250 Grad Celsius (ca. 480 Grad Fahrenheit) oder können hohe Leistungen oder Spannungen oder optische Anwendungen bewältigen.

Mit der neuen Technologie könnten beispielsweise Sensoren gebaut werden, die unter hohen Temperaturen arbeiten können, beispielsweise in Flugzeugtriebwerken.

„In absehbarer Zukunft wird die Gesellschaft auf eine Vielzahl von Sensoren und Steuerungssystemen angewiesen sein, die in extremen Umgebungen funktionieren, etwa in Kraftfahrzeugen, Booten, Flugzeugen, bei der Erdöl- und Erzförderung, Raketen, Raumfahrzeugen und Körperimplantaten“, sagte Islam .

Geräte, die sowohl Silizium- als auch Nicht-Silizium-Materialien enthalten, bieten höhere Geschwindigkeiten und eine robustere Leistung. Herkömmliche Mikroschaltungen werden aus geätzten Siliziumschichten und Isolatoren gebildet, aber es ist aufgrund von Inkompatibilitäten in der Kristallstruktur (oder „Gitterfehlanpassung“) und Unterschieden in den thermischen Eigenschaften schwierig, Nicht-Silizium-Materialien als Schichten auf Silizium wachsen zu lassen.

Stattdessen wurde das Islam-Labor an der UC Davis geschaffen Siliziumscheibe mit „Nanosäulen“ aus Materialien wie Galliumarsenid, Galliumnitrid oder Indiumphosphid darauf und züchtete winzige Nanodraht-„Brücken“ zwischen Nanosäulen.

„Wir können keine Filme aus diesen anderen Materialien auf Silizium wachsen lassen, aber wir können sie als Nanodrähte wachsen lassen“, sagte Islam.

Den Forschern ist es gelungen, diese Nanodrähte als Transistoren arbeiten zu lassen und sie zu komplexeren Schaltkreisen sowie zu Geräten zu kombinieren, die auf Licht reagieren. Sie haben Techniken entwickelt, um die Anzahl der Nanodrähte, ihre physikalischen Eigenschaften und ihre Konsistenz zu kontrollieren.

Laut Islam haben die hängenden Strukturen noch weitere Vorteile: Sie lassen sich leichter kühlen und bewältigen die Wärmeausdehnung besser als planare Strukturen – ein relevantes Problem, wenn sie nicht zusammenpassen Materialien werden in einem Transistor zusammengefasst.

Die Technologie nutzt auch die bewährte Technologie für die Fertigung Silizium integrierte Schaltkreise, anstatt einen völlig neuen Weg für die Herstellung und den Vertrieb schaffen zu müssen, sagte Islam.

Die Arbeit wird in einer Reihe aktueller Artikel in den Fachzeitschriften beschrieben Fortgeschrittene Werkstoffe, Briefe zur Angewandten Physik Und IEEE-Transaktionen zur Nanotechnologie mit Co-Autoren Jin Yong Oh an der UC Davis; Jong-Tae Park, Universität Incheon, Südkorea; Hyun-June Jang und Won-Ju Cho, Kwangwoon University, Südkorea. Die Finanzierung erfolgte durch die US National Science Foundation und die südkoreanische Regierung.