Нанопроволочные мостовые транзисторы открывают путь к электронике нового поколения

Новый подход к интегральным схемам, объединяющий атомы полупроводниковых материалов в нанопровода и структуры поверх кремниевых поверхностей, обещает создать новое поколение быстрых и надежных электронных и фотонных устройств. Инженеры Калифорнийского университета в Дэвисе недавно продемонстрировали трехмерные нанопроволочные транзисторы, используя этот подход, который открывает захватывающие возможности для интеграции других полупроводников, таких как нитрид галлия, на кремниевых подложках.

«Кремний не может сделать все», — сказал Саиф Ислам, профессор электротехники и вычислительной техники в Калифорнийском университете в Дэвисе. Схемы, построенные на традиционно травленном кремнии, достигли нижнего предела размера, что ограничивает скорость работы и плотность интеграции. Кроме того, обычные кремниевые схемы не могут работать при температурах выше 250 градусов по Цельсию (около 480 градусов по Фаренгейту), а также работать с высокой мощностью или напряжением, а также с оптическими приложениями.

Новую технологию можно использовать, например, для создания датчиков, которые могут работать при высоких температурах, например, внутри авиационных двигателей.

«В обозримом будущем общество будет зависеть от множества датчиков и систем управления, которые работают в экстремальных условиях, таких как автомобили, лодки, самолеты, наземная добыча нефти и руды, ракеты, космические корабли и телесные имплантаты», — сказал Ислам. .

Устройства, в состав которых входят как кремниевые, так и некремниевые материалы, обеспечивают более высокую скорость и более надежную работу. Обычные микросхемы формируются из травленых слоев кремния и изоляторов, но выращивать некремниевые материалы в виде слоев поверх кремния сложно из-за несовместимости кристаллической структуры (или «несоответствия решеток») и различий в тепловых свойствах.

Вместо этого лаборатория ислама в Калифорнийском университете в Дэвисе создала кремниевые пластины с «наностолбиками» таких материалов, как арсенид галлия, нитрид галлия или фосфид индия на них и выращивали крошечные «мостики» из нанопроволок между наностолбиками.

«Мы не можем выращивать пленки из этих материалов на кремнии, но мы можем выращивать их в виде нанопроволок», — сказал Ислам.

Исследователям удалось заставить эти нанопровода работать как транзисторы и объединить их в более сложные схемы, а также устройства, реагирующие на свет. Они разработали методы контроля количества нанопроволок, их физических характеристик и консистенции.

Ислам сказал, что у подвесных конструкций есть и другие преимущества: их легче охлаждать и они лучше справляются с тепловым расширением, чем плоские конструкции, что является актуальной проблемой при несоответствии друг другу. материалы объединены в транзисторе.

Технология также использует хорошо зарекомендовавшую себя технологию производства. кремний интегральные схемы«Вместо того, чтобы создавать совершенно новый маршрут для производства и распределения», — сказал Ислам.

Работа описана в серии недавних статей в журналах. Передовые материалы, Письма по прикладной физике и Транзакции IEEE по нанотехнологиям с соавторами Джин Ён О из Калифорнийского университета в Дэвисе; Чон-Тэ Пак, Университет Инчхона, Южная Корея; Хён-Джун Чан и Вон-Джу Чо, Университет Квангун, Южная Корея. Финансирование предоставили Национальный научный фонд США и правительство Южной Кореи.