(PhysOrg.com) -- Tillverkning på nanoskala har kommit långt sedan Feynmans visioner om nanoteknik för mer än 50 år sedan. Sedan dess, studier har visat hur lågdimensionella strukturer, såsom nanotrådar och kvantprickar, har unika egenskaper som kan förbättra prestandan hos en mängd olika enheter. I den senaste studien på detta område, Forskare har tillverkat transistorer gjorda med exceptionellt tunna nanotrådar av kisel som uppvisar hög prestanda på grund av kvantinneslutningseffekter i nanotrådarna.

Teamet av forskare, Krutarth Trivedi, Hyungsang Yuk, Herman Carlo Floresca, Moon J. Kim, och Walter Hu, från University of Texas i Dallas, har publicerat sin studie i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

I deras studie, forskarna tillverkade litografiskt nanotrådar av kisel med diametrar på bara 3-5 nanometer. Med en så liten diameter, nanotrådarna upplever kvantinneslutningseffekter som gör att nanotrådarnas egenskaper ändras från deras bulkvärden. Specifikt, transistorer gjorda med de tunna nanotrådarna har förbättrad hålrörlighet, drivström, och strömtäthet – egenskaper som gör att transistorerna fungerar snabbare och mer effektivt. Transistorernas prestanda överträffar till och med nyligen rapporterade nanotrådstransistorer av kisel som använder dopning för att förbättra sin prestanda.

"Betydningen av denna forskning är att vi har visat att en ökning av graden av kvantinneslutning av kiselkanalen resulterar i att bärarens rörlighet ökar, ” berättade Hu PhysOrg.com . "Vi tillhandahåller experimentella bevis på den teoretiskt simulerade höga hålrörligheten för nanotrådar med cirka 3 nm diameter."

I början, det kan verka kontraintuitivt att en mindre tråd kan ha en högre rörlighet än en större tråd. Men som forskarna förklarar, Kvantinneslutningseffekter ökar bärarrörligheten i tråden genom att begränsa hålen (som bidrar till strömmen) till ett mer enhetligt energiområde än vad de har i bulkkisel. Medan i bulk kisel, hål som har en bred energifördelning bidrar till strömmen, i de små nanotrådarna, energin i hålen har en mycket snävare fördelning. Att ha hål med liknande energi, och därför massa, minskar bärarspridningseffekter i nanotrådarna, vilket i sin tur förbättrar rörligheten och strömtätheten. Genom att jämföra prestandan hos små nanotrådar med liknande tillverkade nanobälten, där endast tjockleksdimensionen är begränsad, forskarna visar också att en ökning av graden av kvantinneslutning av kanalen resulterar i högre bärarmobilitet.

Som forskarna noterar, tillverkning av högpresterande sub-5-nanometer kisel nanotrådstransistorer är relativt enkelt jämfört med andra metoder för nanotrådstillverkning, som använder bottom-up-metoder och dopade korsningar eller kanaldopning. En applikation som forskarna planerar att driva är att använda nanotrådarna för att göra billiga, ultrakänsliga biosensorer, eftersom biosensorkänsligheten ökar när nanotrådsdiametern minskar.

"Som krävs av vår finansiering (NSF Career Award), vår omedelbara plan är att utforska biosensing av protein med dessa typer av små nanotrådstransistorer, " sa Hu. "Vi tror att sådana nanotrådar med liten diameter och inneboende hög prestanda kan ha en stor inverkan på biosensing, eftersom de förväntas ge ultimat känslighet ner till en enda molekyl med ett bättre signal-brusförhållande."

Förutom biosensing, de nya högpresterande transistorerna kan ha en inverkan på CMOS-skalning, som blir allt svårare. Forskarna letar för närvarande efter finansiering för att utforska detta område.

"Dessa transistorer kan ha en inverkan på CMOS-skalning på grund av det faktum att prestandan faktiskt ökar med minskande diameter, " sa Hu. "Arrayer av nanotrådstransistorer med små nanotrådar skulle kunna göras för att uppnå hög prestanda utan att kräva nya bearbetningstekniker. Faktiskt, bearbetningen kan till och med förenklas jämfört med nuvarande tekniker, eftersom våra nanotrådstransistorer inte använder högdopade komplementära kopplingar för source/drain; eliminering av högdopade korsningar lindrar många av de aktuella problemen med att skala ner CMOS-behandlingstekniker till nanoskala.

"I stort, min personliga synpunkt är att kisel fortfarande har stor potential för nanoelektronik, och industrin kanske vill överväga att stödja forskning inom kiselnanowire eller quantum wire devices och nya arkitekturer för att till fullo frigöra potentialen hos kisel. Alla forskar på grafen, vilket är ett bra material såklart, men vi kanske inte vill ignorera potentialen hos kisel, eftersom vi visar att den effektiva hålrörligheten kan vara över 1200."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.