(PhysOrg.com) -- En ny generation av ultrasmå transistorer och kraftfullare datorchips som använder små strukturer som kallas halvledande nanotrådar är närmare verkligheten efter en nyckelupptäckt av forskare vid IBM, Purdue University och University of California i Los Angeles.

Forskarna har lärt sig hur man skapar nanotrådar med lager av olika material som är skarpt definierade på atomnivå, vilket är ett kritiskt krav för att göra effektiva transistorer av strukturerna.

"Att ha skarpt definierade lager av material gör det möjligt för dig att förbättra och kontrollera flödet av elektroner och att slå på och av detta flöde, sa Eric Stach, en docent i materialteknik vid Purdue.

Elektroniska enheter är ofta gjorda av "heterostrukturer, "det betyder att de innehåller skarpt definierade lager av olika halvledande material, som kisel och germanium. Tills nu, dock, forskare har inte kunnat producera nanotrådar med skarpt definierade kisel- och germaniumskikt. Istället, denna övergång från ett lager till nästa har varit för gradvis för att enheterna ska fungera optimalt som transistorer.

De nya rönen pekar på en metod för att skapa nanotrådstransistorer.

Resultaten beskrivs i ett forskningsdokument som publiceras fredagen (27 november) i tidskriften Vetenskap . Uppsatsen skrevs av Purdue postdoktorala forskaren Cheng-Yen Wen, Stach, IBMs materialforskare Frances Ross, Jerry Tersoff och Mark Reuter vid Thomas J. Watson Research Center i Yorktown Heights, N.Y, och Suneel Kodambaka, en biträdande professor vid UCLA:s institution för materialvetenskap och teknik.

Medan konventionella transistorer är gjorda på platta, horisontella bitar av kisel, kisel nanotrådarna är "odlade" vertikalt. På grund av denna vertikala struktur, de har ett mindre fotavtryck, som skulle kunna göra det möjligt att montera fler transistorer på en integrerad krets, eller chip, sa Stach.

"Men först måste vi lära oss hur man tillverkar nanotrådar enligt krävande standarder innan industrin kan börja använda dem för att producera transistorer, " han sa.

Nanotrådar kan göra det möjligt för ingenjörer att lösa ett problem som hotar att spåra ur elektronikindustrin. Ny teknik kommer att behövas för att industrin ska kunna upprätthålla Moores lag, en inofficiell regel som säger att antalet transistorer på ett datorchip fördubblas ungefär var 18:e månad, vilket resulterar i snabba framsteg inom datorer och telekommunikation. En fördubbling av antalet enheter som får plats på ett datorchip leder till en liknande ökning av prestanda. Dock, det blir allt svårare att fortsätta krympa elektroniska enheter gjorda av konventionella kiselbaserade halvledare.

"I något som fem till, som mest, 10 år, kiseltransistordimensioner kommer att ha skalats till sin gräns, sa Stach.

Transistorer gjorda av nanotrådar representerar ett potentiellt sätt att fortsätta traditionen med Moores lag.

Forskarna använde ett instrument som kallas transmissionselektronmikroskop för att observera nanotrådsbildningen. Små partiklar av en guld-aluminiumlegering värmdes först upp och smältes inuti en vakuumkammare, och sedan infördes kiselgas i kammaren. När den smälta guld-aluminiumpärlan absorberade kisel, den blev "övermättad" med kisel, vilket gör att kislet faller ut och bildar trådar. Varje växande tråd toppades med en flytande pärla av guld-aluminium så att strukturen liknade en svamp.

Sedan, forskarna minskade temperaturen inuti kammaren tillräckligt för att få guld-aluminiumlocket att stelna, germanium kan avsättas på kislet exakt och göra det möjligt att skapa en heterostruktur av kisel och germanium.

Cykeln kan upprepas, byta gaserna från germanium till kisel efter önskemål för att skapa specifika typer av heterostrukturer, sa Stach.

Att ha en heterostruktur gör det möjligt att skapa en germanium "gate" i varje transistor, som gör det möjligt för enheter att slå på och av.

Mer information: Bildning av sammansättningsmässigt abrupta axiella heteroövergångar i Si/Ge nanotrådar, C.-Y. Wen, et at., Vetenskap .

Tillhandahålls av Purdue University (nyheter:webb)