Hovedforfatter FLEET -ph.d. -studerende Yonatan Ashlea Alava (UNSW)
Billede: UNSW
Forskere fra University of New South Wales (UNSW) har offentliggjort en undersøgelse, som de hævder, viser evner til at opbygge “hjemmelavede” halvledere til brug i ultra-små elektroniske enheder samt i kvanteberegning.
Arbejdet fra ARC Center of Excellence in Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET) sagde, at “voksende” elektroniske komponenter direkte på en halvlederblok undgår rodet, støjende oxidationsspredning, der bremser og forhindrer elektronisk drift.
UNSW-professor Alex Hamilton sagde, at det hjemmelavede, enkeltkrystaldesign ville være ideelt til fremstilling af ultrasmå elektroniske enheder, kvantepunkter og til kvantebit (qubit) applikationer.
“Gør computere hurtigere kræver stadigt mindre transistorer, med disse elektroniske komponenter nu kun en håndfuld nanometer i størrelse-der er omkring 12 milliarder transistorer i den centrale chip på frimærket størrelse af moderne smartphones, “sagde forskerne.
De sagde i endnu mindre enheder, den kanal, som elektronerne strømmer igennem, skal imidlertid være meget tæt på grænsefladen mellem halvlederen og den metalliske port, der bruges til at tænde og slukke transistoren.
Uundgåelig overfladeoxidation og andre overfladeforureninger forårsager uønsket spredning af elektroner, der strømmer gennem kanalen, og fører også til ustabilitet og støj, der er særligt problematisk for kvanteenheder, forklarede forskerne.
“I det nye arbejde skaber vi transistorer, hvor en ultratynd metalport dyrkes som en del af halvlederkrystallen, hvilket forhindrer problemer forbundet med oxidation af halvlederoverfladen,” siger Yonatan Ashlea Alava, FLEET-ph.d.-studerende og hovedforfatter af forskning.
“Vi har demonstreret, at dette nye design dramatisk reducerer uønskede effekter fra overfladefejl, og viser, at nanoskala kvantepunktkontakter udviser betydeligt lavere støj end enheder fremstillet ved hjælp af konventionelle metoder.”
Forskerne sagde, at en af udfordringerne var, at elektronspredning begrænser højfrekvente komponenter.
Missionen om at gøre stadig mindre elektroniske enheder kræver, at den ledende kanal i transistorer med høj elektronmobilitet (HEMT'er) er i nærheden af enhedens overflade. Den udfordrende del, sagde forskerne, har sine rødder i enkel elektrontransportteori.
“Når elektroner bevæger sig i faste stoffer, får den elektrostatiske kraft på grund af uundgåelige urenheder/ladning i miljøet elektronbanen til at afvige fra den oprindelige vej: Den såkaldte 'elektronspredning' proces. Jo flere spredningshændelser, jo vanskeligere er det for elektroner til at rejse i det faste stof og dermed lavere ledningsevne, “sagde de.
” Overfladen på halvledere har ofte høje niveauer af uønsket ladning fanget af de utilfredsstillende kemiske bindinger – eller 'dinglende' bindinger – af overfladeatomerne. Denne overfladeladning forårsager spredning af elektroner i kanalen og reducerer enhedens ledningsevne. Som følge heraf, når den ledende kanal bringes tæt på overfladen, falder HEMT's ydeevne/ledningsevne hurtigt. ”
Derudover sagde de, at overfladeladningen skaber lokale potentielle udsving, hvilket resulterer i ladningsstøj i følsomme enheder, såsom kvantepunktskontakter og kvantepunkter. Det sænker også ledningsevnen.
Løsningen, hævder forskningen, vokser først “switch gate” for at reducere spredning.
Teamet ved UNSW arbejdede sammen med wafer -producenter ved Cambridge University og viste, at problemet i forbindelse med overfladeladning kan elimineres ved at dyrke en epitaksial aluminiumsport, før waferen fjernes fra vækstkammeret.
“Vi bekræftede præstationsforbedringen via karakteriseringsmålinger i laboratoriet ved UNSW, “forklarede medforfatter Dr Daisy Wang.
” Holdet sammenlignede lavvandede HEMT'er fremstillet på to skiver med næsten identiske strukturer og vækstbetingelser-den ene med epitaksial aluminium port og en anden med en ex-situ metalport deponeret på et aluminiumoxid dielektrikum.
“De karakteriserede enhederne ved hjælp af lavtemperatur-transportmålinger og viste epitaxial gate-designet i høj grad reduceret overfladeladningsspredning med op til 2,5x stigning i ledningsevne.”
De viste også, forklarer UNSW, at epitaksial aluminiumsport kunne mønstres til at lave nanostrukturer.
“En kvantepunktskontakt fremstillet ved hjælp af den foreslåede struktur viste robust og reproducerbar 1D-konduktanskvantisering med ekstremt lav ladningsstøj,” tilføjede den.
“Den høje ledningsevne i ultra-lavvandede wafers og strukturens kompatibilitet med reproducerbar nano-enhedsfremstilling tyder på, at MBE-dyrkede aluminiumspalter er ideelle kandidater til fremstilling af ultra-små elektroniske enheder, kvantepunkter og til qubit-applikationer. “
RELATERET DÆKNING
Ledninger over qubits ser UNSW-forskere tage kvantestyringstrin.Sydney-forskere udvikler en ny billig og sikker plasma techA 'hul' ny verden for potentialet i mini kvantecomputereAustralias Archer og dens plan for kvanteverdendominans
Relaterede emner:
Australien CXO Digital Transformation Tech Industry Smart Cities Cloud 