UC Davis ingenjörer odlar ledningar och broar av andra halvledare på kisel för att skapa en ny generation av enheter. Denna EM visar en bro över en kiselkanal. Kredit:Saif Islam, UC Davis
Ett nytt tillvägagångssätt för integrerade kretsar, kombinera atomer av halvledarmaterial till nanotrådar och strukturer ovanpå kiselytor, visar löfte om en ny generation snabba, robusta elektroniska och fotoniska enheter. Ingenjörer vid University of California, Davis, har nyligen demonstrerat tredimensionella nanotrådstransistorer med denna metod som öppnar spännande möjligheter för att integrera andra halvledare, som galliumnitrid, på kiselsubstrat.
"Silicon kan inte göra allt, sa Saif Islam, professor i el- och datateknik vid UC Davis. Kretsar byggda på konventionellt etsat kisel har nått sin nedre storleksgräns, vilket begränsar drifthastighet och integrationstäthet. Dessutom, konventionella kiselkretsar kan inte fungera vid temperaturer över 250 grader Celsius (cirka 480 grader Fahrenheit), eller hantera hög effekt eller spänningar, eller optiska tillämpningar.
Den nya tekniken kan användas, till exempel, att bygga sensorer som kan fungera under höga temperaturer, till exempel inuti flygplansmotorer.
"Inom en överskådlig framtid, samhället kommer att vara beroende av en mängd olika sensorer och kontrollsystem som fungerar i extrema miljöer, såsom motorfordon, båtar, flygplan, utvinning av olja och malm på land, raketer, rymdskepp, och kroppsimplantat, " sa islam.
Enheter som inkluderar både kisel och icke-kiselmaterial erbjuder högre hastigheter och mer robust prestanda. Konventionella mikrokretsar bildas av etsade lager av kisel och isolatorer, men det är svårt att odla icke-kiselmaterial som skikt över kisel på grund av inkompatibiliteter i kristallstruktur (eller "gitterfelanpassning") och skillnader i termiska egenskaper.
Istället, Islams laboratorium vid UC Davis har skapat kiselwafers med "nanopelare" av material som galliumarsenid, galliumnitrid eller indiumfosfid på dem, och odlade små nanotråd "broar" mellan nanopelare.
"Vi kan inte odla filmer av dessa andra material på kisel, men vi kan odla dem som nanotrådar, " sa islam.
Forskarna har kunnat få dessa nanotrådar att fungera som transistorer, och kombinera dem till mer komplexa kretsar såväl som enheter som är känsliga för ljus. De har utvecklat tekniker för att kontrollera antalet nanotrådar, deras fysiska egenskaper och konsistens.
UC Davis ingenjörer odlar ledningar och broar av andra halvledare på kisel för att skapa en ny generation av enheter. Detta schema visar hur nanotrådar kan integreras i en enhet. Kredit:Saif Islam, UC Davis
Islam sa att de upphängda strukturerna har andra fördelar:De är lättare att kyla och hantera termisk expansion bättre än plana strukturer - en relevant fråga när material som inte passar ihop kombineras i en transistor.
Tekniken utnyttjar också den väletablerade tekniken för tillverkning av integrerade kretsar av kisel, istället för att behöva skapa en helt ny väg för tillverkning och distribution, sa islam.
Arbetet beskrivs i en serie nya artiklar i tidskrifterna Avancerade material , Bokstäver i tillämpad fysik och IEEE-transaktioner på nanoteknik med medförfattarna Jin Yong Oh vid UC Davis; Jong-Tae Park, University of Incheon, Sydkorea; Hyun-June Jang och Won-Ju Cho, Kwangwoon University, Sydkorea. Finansiering tillhandahölls av U.S. National Science Foundation och Sydkoreas regering.
