Ett team av IBM-forskare i Zürich, Schweiz med stöd från kollegor i Yorktown Heights, New York har utvecklat en relativt enkel, robust och mångsidig process för att odla kristaller gjorda av sammansatta halvledarmaterial som gör att de kan integreras på kiselskivor – ett viktigt steg mot att göra framtida datorchips som kommer att tillåta integrerade kretsar att fortsätta krympa i storlek och kostnad även när de ökar i prestanda.

Visas den här veckan på tidningens omslag Bokstäver i tillämpad fysik , verket kan tillåta en förlängning av Moores lag, Gordon Moores berömda observation att antalet transistorer i en integrerad krets fördubblas ungefär vartannat år. Under de senaste åren har en del i branschen spekulerat i att vår förmåga att hålla jämna steg med Moores lag kan bli uttömd så småningom om inte ny teknik kommer som kommer att ge den koppel.

"Hela halvledarindustrin vill hålla Moores lag igång. Vi behöver bättre presterande transistorer när vi fortsätter nedskala, och transistorer baserade på kisel kommer inte att ge oss förbättringar längre, sa Heinz Schmid, en forskare med IBM Research GmbH vid Zurich Research Laboratory i Schweiz och huvudförfattaren på tidningen.

För konsumenter, Att utöka Moores lag kommer att innebära att fortsätta trenden med nya datorenheter med ökande hastighet och bandbredd till minskad energiförbrukning och kostnad. Den nya tekniken kan också påverka fotonik på kisel, med aktiva fotoniska komponenter integrerade sömlöst med elektronik för större funktionalitet.

Hur arbetet utfördes

IBM-teamet tillverkade enkristallnanostrukturer, som nanotrådar, nanostrukturer som innehåller förträngningar, och korsningar, samt 3-D staplade nanotrådar, tillverkad med så kallade III-V material. Tillverkad av legeringar av indium, gallium och arsenid, III-V-halvledare ses som ett möjligt framtida material för datorchips, men bara om de framgångsrikt kan integreras på kisel. Hittills har integrationsarbetet inte varit särskilt framgångsrikt.

De nya kristallerna odlades med hjälp av en metod som kallas mallassisterad selektiv epitaxi (TASE) med användning av metallorganisk kemisk ångavsättning, som i princip börjar från ett litet område och utvecklas till ett mycket större, defektfri kristall. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för dem att litografiskt definiera oxidmallar och fylla dem via epitaxi, i slutändan gör nanotrådar, korsningar, nanostrukturer som innehåller förträngningar och 3-D staplade nanotrådar med de redan etablerade skalade processerna inom Si-teknik.

"Vad som skiljer detta arbete från andra metoder är att den sammansatta halvledaren inte innehåller skadliga defekter, och att processen är helt kompatibel med nuvarande chiptillverkningsteknik, ", sa Schmid. "Det är viktigt att metoden också är ekonomiskt lönsam."

Han tillade att mer utveckling kommer att krävas för att uppnå samma kontroll över prestanda i III-V-enheter som för närvarande finns för kisel. Men den nya metoden är nyckeln till att faktiskt integrera de staplade materialen på kiselplattformen, sa Schmid.