Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), tekniska universitetet i Wien och Maria Curie-Skłodowska universitetet i Lublin har lyckats bädda in nästan perfekta halvledarkristaller i en nanotråd av kisel. Med denna nya metod för att producera hybrid nanotrådar, mycket snabba och multifunktionella bearbetningsenheter kan rymmas på ett enda chip i framtiden. Forskningsresultaten kommer att publiceras i tidskriften Nanoforskning .

Nano-optoelektronik anses vara hörnstenen i framtida chipteknologi, men forskningen står inför stora utmaningar:å ena sidan elektroniska komponenter måste rymmas i allt mindre utrymmen. Å andra sidan, så kallade sammansatta halvledare ska bäddas in i konventionella material. I motsats till kisel, många av sådana halvledare med extremt hög elektronrörlighet skulle kunna förbättra prestandan hos den modernaste kiselbaserade CMOS-tekniken.

Forskare från HZDR, Vienna University of Technology och Maria Curie-Skłodowska University Lublin har nu kommit ett steg närmare båda dessa mål:de integrerade sammansatta halvledarkristaller gjorda av indiumarsenid (InAs) i kiselnanotrådar, som är idealiska för att bygga allt mer kompakta spån.

Denna integrering av kristaller var det största hindret för sådana "hetero-nano-trådar" hittills:bortom nanometerområdet, kristallgittermissanpassning ledde alltid till många defekter. Forskarna har nu lyckats en nästan perfekt produktion och inbäddning av InAs-kristallerna i nanotrådarna för första gången.

Implanterade atomer bildar kristaller i vätskefasen

För att genomföra denna process, jonstrålesyntes och värmebehandling med xenonblixtlampor användes, två tekniker där Ion Beam Center i HZDR har haft erfarenhet i många år. Forskarna behövde initialt introducera ett bestämt antal atomer exakt i ledningarna med hjälp av jonimplantation. De utförde sedan blixtlampsglödgningen av kiseltrådarna i deras vätskefas inom loppet av bara tjugo millisekunder. "Ett kiseloxidskal, mäter bara femton nanometer tjock, bibehåller formen av den flytande nanotråden, " förklarar HZDR-forskaren Dr Slawomir Prucnal, "medan de implanterade atomerna bildar indium-arsenidkristallerna."

Dr Wolfgang Skorupa, forskargruppens chef tillägger:"Atomerna diffunderar i vätske-kiselfasen så snabbt att de inom millisekunder bildar felfria monokristaller avgränsade från sin omgivning med nästan perfekta gränssnitt." I nästa steg, forskarna vill implementera olika sammansatta halvledare i Silicon nanotrådar och även optimera storleken och fördelningen av kristallerna.