(PhysOrg.com) – Europeiska forskare har utvecklat den senaste tekniken för odling av nanotrådar, öppnar vägen för snabbare, mindre mikrochips och skapa en lovande ny väg för forskning och industriell utveckling i Europa.
Nanotrådar är en lovande ny teknik som kan möta snabbt stigande prestandakrav för design av integrerade kretsar under de kommande tio åren. De är små trådar bara tiotals nanometer i diameter och mikrometer långa.
De kan betyda mindre, snabbare och lägre effektelektronik, och leda till helt nya arkitekturer som 3D-mikrochips - en vertikal stapel av kretsar som kan kraftigt öka storleken på kretsar för samma fotavtryck.
Nanotrådar är så smala att de ofta kallas "endimensionella" strukturer eftersom trådens bredd begränsar elektronernas rörelse i sidled när de passerar genom tråden. Också, den cylindriska geometrin tillåter den mest effektiva elektrostatiska grindtekniken.
Föga förvånande i denna skala, nanotrådar visar många egenskaper som erbjuder potentialen för nya kretsar och arkitekturer, och fysiker är väldigt exalterade. Japanerna var pionjärer på området med USA som tog upp arbetet, och med några europeiska lag som kommer in strax efter.
Att höja nanotrådar... och patent
Men européerna är på väg. Det senaste arbetet i NODE-projektet ledde till teknologi i världsklass och 40 patent. "Kiselteknik blir väldigt utmanande när du kommer ner till 10-15nm, ” förklarar Lars Samuelson, direktör för Nanometer Structure Consortium vid Lunds universitet och koordinator för NODE-projektet.
"Ett av problemen med den [nuvarande] uppifrån-och-ned-metoden är att den introducerar tuffa miljöer och du slutar med enheter som kan domineras av defekter."
NODEs nanotrådar är "odlade" nerifrån och upp, som kristaller, i vertikala strukturer. "Vi kallar det "guidad självmontering", och det är en "bottom-up"-process som kan resultera i färre defekter, säger Samuelson.
Vertikala nanotrådar kan bestå av olika material, genom att helt enkelt ändra avsättningsmaterialet, så tråden tar på sig lager med olika egenskaper. "Det finns många potentiella möjligheter att utveckla ny teknik, " han säger. "Detta vertikala arrangemang kan vara vägen till 3D-kretsdesign såväl som för att realisera monolitisk on-chip optoelektronik."
NODE fokuserade på att kombinera kisel med indiumarsenid (Si:InAs) och kisel med kiselgermanium (Si:SiGe), två mycket lovande material. "Indiumarsenid är till sin natur väldigt snabb och, som sådan, det var av särskilt intresse för vårt arbete, ” anmärker Samuelson.
Genombrott
Projektet tittade på varje länk i nanotrådsproduktionskedjan, från tillväxt, bearbetning i industriell skala, till karaktärisering och integration. "Och en av de stora utmaningarna med projektet var integrationen av vårt arbete med dagens kiselbearbetningsteknologi, så det var en stor ansträngning på bearbetningen, ” betonar Samuelson.
För detta, Karaktäriseringsstudier var viktiga för att undersöka de olika materialen som användes och de effekter som nanotrådsstrukturen inducerade. NODE undersökte också egenskaperna hos potentiella enheter, såsom fälteffekttransistorer (FET). Till sist, teamet tittade på att integrera dessa enheter i kretsar.
Det är ett enormt arbete och ledde till några verkliga genombrott. "Ett av genombrotten var den perfekta avsättningen av högk-dielektrik som täcker nanotrådarna och tjänade som ett dielektrikum i transistorerna med omslutande grind, ” avslöjar Samuelson. "Vi utvecklade en mycket bra teknik för detta."
Hög-K-dielektrik övervinner några av gränserna för kiseldioxid i mycket små skalor och är en lovande strategi för ytterligare miniatyrisering av integrerade kretsar.
"Som en del av denna forskning, vi har också stött på problem och möjliga vägspärrar [för vidare] utveckling, som ganska allvarliga problem med att odla Si nanotrådar med hjälp av guldkatalysatorer”, tillägger Samuelson.
Toppmodern
"Den här tekniken är inte redo för industriella tillämpningar, och om det blir tre, sex eller nio år innan det dyker upp industriellt, Jag kan inte säga, ” varnar Samuelson. "Men vi etablerade toppmoderna, vi har de bästa resultaten."
Projektet har tillkännagett Europas inträde i ett spännande nytt område av nanoteknik och utvecklat en kärnexpertis på kontinenten. Över 100 vetenskapliga artiklar kommer att dyka upp ur arbetet när det äntligen avvecklas.
Utvecklingen av europeisk expertis kunde inte komma vid en bättre tidpunkt. Industriella aktörer som IBM, Samsung och några av de ledande laboratorierna i Singapore började utveckla planar, eller horisontellt, nanotrådsteknologi strax efter att NODE påbörjat sina ansträngningar. Tekniken börjar bli myndig.
