(PhysOrg.com) -- Mikrochipstillverkare har länge stått inför utmaningar med att miniatyra transistorer, de viktigaste aktiva komponenterna i nästan alla moderna elektroniska enheter, som används för att förstärka eller byta elektroniska signaler.
Nu, forskare från UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, Purdue University och IBM har framgångsrikt odlat halvledande nanotrådar av kisel-germanium för potentiell användning i nästa generations transistorer.
Dessa nanotrådar – som mäter från några tiotal till några hundra nanometer i diameter och upp till flera millimeter långa – kan hjälpa till att påskynda utvecklingen av mindre, snabbare och kraftfullare elektronik, enligt studiens medförfattare Suneel Kodambaka, en UCLA-professor i materialvetenskap och teknik.
Teamets forskning visas i numret 27 november av tidskriften Vetenskap .
"Vi är glada av två anledningar, sa Frances Ross, chef för IBM:s Nanoscale Materials Analysis-avdelning och motsvarande författare till studien. "Den ena är att vi har utökat vår kunskap om den grundläggande fysiken i den process genom vilken nanotrådar växer. Den andra är den förbättrade möjligheten att använda nanotrådar i högpresterande elektroniska enheter."
"Nanotrådarna är så små att du kan placera dem i praktiskt taget vad som helst, " sade Kodambaka. "På grund av deras ringa storlek, de kan ha distinkt olika egenskaper, jämfört med deras bulkmotparter. "
Teamet visade att de kunde skapa nanotrådar med lager av olika material, speciellt kisel och germanium, som var defektfria och atomärt vassa i korsningen - kritiska krav för att göra effektiva transistorer av de små strukturerna. Ju "skarpare" den
gränssnittet mellan materialskikten — i detta fall, bara en atom, eller nära en atom, tjock — desto bättre elektroniska egenskaper.
"Vi tycker att denna studie är viktig eftersom den ger en lösning på problemet med att växa skarpa gränssnitt i nanotrådar, därigenom ta itu med en viktig begränsning i tillväxten av nanotrådar, " sa Ross.
Enligt Kodambaka, kisel-germanium nanostrukturer har också termoelektriska tillämpningar, där värme omvandlas till el.
"Jet Propulsion Laboratory använder bulkbitar av kisel-germanium för att driva sina satelliter, och nu finns det ett stort intresse för att använda en liknande teknik i bilar. Dessa nanotrådar har stor potential inom alla områden som involverar elektronik, " sa Kodambaka.
För att odla kisel-germanium nanotrådar, små partiklar av en guld-aluminiumlegering värms först upp till temperaturer över 370 grader Celsius och smälts in i en vakuumkammare. En kiselhaltig gas förs sedan in i kammaren, vilket gör att kisel faller ut och bildar trådar under dropparna. En germaniumhaltig gas används för att bilda germaniumtrådarna.
"Tänk på det som att is växer från vattenånga eller bildandet av iskristaller under en snöstorm. Du kan få skogar av istrådar under rätt förhållanden istället för att få snöflingor eller platta filmer av snöslask, " sa Kodambaka. "Men istället för vattenånga, vi introducerade kiselånga för att få kiseltråden."
"Utmaningen var att skapa ett riktigt skarpt gränssnitt mellan kisel och germanium i varje tråd, "Kodambaka sa." Så vi kylde vätskedropparna tills de stelnade. Detta gjorde att vi kunde bli av med överflödigt kisel i legeringen. Sedan, germaniumtrådsegment kan odlas på kisel med införandet av germaniumånga, och skarpa gränssnitt bildas."
Nästa steg för teamet är att odla samma strukturer över större ytor i en konventionell tillväxtreaktor snarare än i ett litet område under mikroskopet.
"Detta kommer att göra det möjligt för mina kollegor på IBM att bearbeta ledningarna till enheter och mäta deras elektroniska egenskaper, " sa Ross. "Självklart, vi hoppas att fastigheterna förbättras, jämfört med konventionella nanotrådar; och om detta löser sig, Vi kommer att undersöka nya enheter och testa olika metallegeringar för att avgöra vilken som är bäst för tillverkning av enheter. "
Källa:University of California - Los Angeles
