Hovedforfatter FLEET -stipendiat Yonatan Ashlea Alava (UNSW)
Bilde: UNSW
Forskere fra University of New South Wales (UNSW) har publisert en studie de hevder viser evner til å bygge ut “hjemmelagde” halvledere for bruk i ultrasmå elektroniske enheter, så vel som i kvanteberegning.
Arbeidet fra ARC Center of Excellence in Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET) sa at “voksende” elektroniske komponenter direkte på en halvlederblokk unngår rotete, støyende oksidasjonsspredning som bremser og hindrer elektronisk drift.
UNSW-professor Alex Hamilton sa at den hjemmelagde, enkle krystalldesignen ville være ideell for å lage ultrasmå elektroniske enheter, kvantepunkter og for kvantebit (qubit) applikasjoner.
“Gjør datamaskiner raskere krever stadig mindre transistorer, med disse elektroniske komponentene nå bare en håndfull nanometer i størrelse-det er rundt 12 milliarder transistorer i den sentrale brikken i frimerkestørrelsen til moderne smarttelefoner, “sa forskerne.
De sa i enda mindre enheter, men kanalen som elektronene strømmer gjennom må være veldig nær grensesnittet mellom halvlederen og metallporten som brukes til å slå transistoren på og av.
Uunngåelig overflateoksidasjon og andre overflateforurensninger forårsaker uønsket spredning av elektroner som strømmer gjennom kanalen, og fører også til ustabilitet og støy som er spesielt problematisk for kvanteenheter, forklarte forskerne.
“I det nye verket skaper vi transistorer der en ultratynn metallport vokser som en del av halvlederkrystallet, og forhindrer problemer forbundet med oksidasjon av halvlederoverflaten,” sa Yonatan Ashlea Alava, FLEET PhD-student og hovedforfatter av forskning.
“Vi har vist at denne nye designen dramatisk reduserer uønskede effekter fra overflatefeil, og viser at kvantumpunktkontakter i nanoskala viser vesentlig lavere støy enn enheter produsert ved bruk av konvensjonelle tilnærminger.”
Forskerne sa at en av utfordringene var at elektronspredning begrenser høyfrekvente komponenter.
Oppdraget med å gjøre stadig mindre elektroniske enheter krever at den ledende kanalen i transistorer med høy elektronmobilitet (HEMT) er i nærheten av enhetens overflate. Den utfordrende delen, sa forskerne, har sine røtter i enkel elektrontransportteori.
“Når elektroner beveger seg i faste stoffer, får den elektrostatiske kraften på grunn av uunngåelige urenheter/ladning i miljøet elektronbanen til å avvike fra den opprinnelige banen: Den såkalte 'elektronspredning'-prosessen. Jo flere spredningshendelser, jo vanskeligere er det for elektroner å bevege seg i det faste stoffet, og dermed lavere konduktivitet, “sa de.
” Overflaten på halvledere har ofte høye nivåer av uønsket ladning fanget av de utilfredse kjemiske bindingene – eller “dinglende” bindinger – av overflateatomer. Denne overfladeladningen forårsaker spredning av elektroner i kanalen og reduserer enhetens ledningsevne. Som en konsekvens, når den ledende kanalen bringes nær overflaten, faller ytelsen/konduktiviteten til HEMT raskt. ”
I tillegg sa de at overfladeladningen skaper lokale potensielle svingninger som resulterer i ladningsstøy i følsomme enheter som for eksempel kvantepunktkontakter og kvantepunkter. Det senker også konduktiviteten.
Løsningen, hevdet forskningen, vokser “bytteporten” først for å redusere spredning.
Teamet ved UNSW viste at problemet med overfladeladning kan elimineres ved å vokse en epitaksial aluminiumsport før du fjerner skiven fra vekstkammeret.
“Vi bekreftet ytelsesforbedringen via karakteriseringsmålinger i laboratoriet ved UNSW, “forklarte medforfatter Dr Daisy Wang.
” Teamet sammenlignet grunne HEMT-er produsert på to skiver med nesten identiske strukturer og vekstbetingelser-en med epitaksial aluminium gate, og en andre med en ex-situ metallport avsatt på et aluminiumoksyd dielektrikum.
“De karakteriserte enhetene ved bruk av transportmålinger ved lave temperaturer og viste epitaksialportens design sterkt redusert spredning av overfladeladning, med opptil 2,5x økning i konduktivitet.”
De viste også, forklarte UNSW, at epitaksial aluminiumsport kan mønstres for å lage nanostrukturer.
“En kvantepunktkontakt fremstilt ved hjelp av den foreslåtte strukturen viste robust og reproduserbar 1D-konduktansekvantisering, med ekstremt lav ladningsstøy,” la den til.
“Den høye ledningsevnen i ultra-grunne skiver, og strukturens kompatibilitet med reproduserbar nano-enhetstilvirkning, antyder at MBE-vokste aluminiumsgafler er ideelle kandidater for å lage ultra-små elektroniske enheter, kvantepunkter og for qubit-applikasjoner. “
RELATERT DEKKING
Ledninger over qubits ser UNSW-forskere ta kvantekontrollstegSydney-forskere utvikler en ny billig og sikker plasma-techA” hull “ny verden for potensialet til mini kvantemaskinerAustralias Archer og planen for kvanteverdenherredømme
Relaterte emner:
Australia CXO Digital Transformation Tech Industry Smart Cities Cloud 