(Phys.org) —Forskare vid Pacific Northwest National Laboratory har avslöjat egenskaperna hos en lågresistent elektrisk kontakt med strontiumtitanat, SrTiO ₃ , en viktig prototypisk oxid -halvledare. Oxider kommer sannolikt att vara viktiga material i nästa generations elektroniska enheter, och de måste vara extremt små. Att få elektriska signaler in och ut ur oxidhalvledare är svårt eftersom en stor energibarri vanligtvis utvecklas vid korsningen med metallkontakter. Metallkontakter krävs för att få in och ut ur en halvledarenhet på ungefär samma sätt som bygelkablar behövs för att överföra ström från ett friskt bilbatteri till ett dött batteri. Detta arbete visar hur man eliminerar denna barriär samtidigt som kontaktytan hålls extremt liten, på nanometernivå.

Oavsett om det gäller avancerade försvarssystem eller konsumentprodukter, vi som nation letar alltid efter bättre prestanda och nya funktioner från vår kommunikationsteknik. Än, gränserna för vad som kan uppnås med konventionella halvledare, som kisel, är tydligt vid horisonten. Detta arbete representerar ett viktigt framsteg i användningen av oxider, som av sin fysiska karaktär gör det möjligt att tänka sig och implementera nya elektroniska funktioner.

Kristallina filmer av krommetall avsattes på enkristallytor av strontiumtitanat i ultrahögt vakuum med användning av molekylär stråle-epitaxy. De resulterande heterojunctions, där två olika material kommer i kontakt, kännetecknades med svepelektronmikroskopi, elektronenergiförlustspektroskopi, ultraviolett och röntgenfotoelektronspektroskopi, och första principer teoretisk modellering baserad på densitet funktionell teori. Tidigare arbete av samma PNNL -forskare hade visat att det elektriska motståndet i denna korsning är så lågt som någonsin har mätts, men orsakerna till detta resultat var inte kända.

Andra metalliseringar med låg motstånd är kända, men att bilda dem innebär en något rörig blandning av metaller och vad som effektivt är lokaliserad smältning vid korsningen. Detta tillvägagångssätt är inte användbart för nanoskala enheter på grund av lateral spridning till följd av legering vid korsningen.

Detaljerad undersökning visade att motsvarande 1 eller 2 atomlager av krom diffunderar in i strontiumtitanatet, ockupera interstitiella webbplatser, och förankra resten av filmen till oxiden, vilket resulterar i stark vidhäftning. De in-diffunderade kromatomerna överför också elektroner till titanatomer i några av de översta atomplanen, effektivt ta bort energibarriären som annars skulle vara närvarande om denna diffusion och laddningsöverföring inte hade skett, och omvandla ytan av strontiumtitanatet till en metall. Den resulterande övergången är således ett "metall/metall" snarare än ett "metall/halvledar" gränssnitt. Men, till skillnad från andra metall/oxid -gränssnitt med lågt kontaktmotstånd, denna korsning är strukturellt och sammansatt väl definierad och nästan atomiskt abrupt.

Elektronik i allmänhet och datorer i synnerhet representerar stor energiförbrukning över hela världen. Detta arbete visar hur effektförlust kan minskas vid drift av en enhet med hjälp av en oxidhalvledare som en aktiv ingrediens. Nästa steg är att använda kristallint krom som en elektrisk kontakt i mer avancerade flerskiktsstrukturer som kan vara användbara inte bara i oxidelektronik, men också i oxidbaserade solceller. Andra framtida arbeten innebär att söka efter andra metaller som har samma användbara egenskaper som krom för detta ändamål.