UNSW -forskares “växande” halvledare för mindre elektronik

0
107

 Asha Barbaschow

Av Asha Barbaschow | 20 augusti 2021 – 04:52 GMT (05:52 BST) | Ämne: Innovation

yoni1.jpg

Huvudförfattare FLEET -doktorand Yonatan Ashlea Alava (UNSW)

Bild: UNSW

Forskare från University of New South Wales (UNSW) har publicerat en studie som de hävdar visar på förmågor att bygga ut “hemodlade” halvledare för användning i ultrasmå elektroniska enheter, såväl som kvantberäkning.

Arbetet från ARC Center of Excellence in Future Low-Energy Electronics Technologies (FLEET) sa att “växande” elektroniska komponenter direkt på ett halvledarblock undviker stökig, bullrig oxidationsspridning som bromsar och hindrar elektronisk drift.

UNSW-professor Alex Hamilton sa att den hemodlade, enkristalliga designen skulle vara idealisk för att göra extremt små elektroniska enheter, kvantpunkter och för kvantbit (qubit) applikationer.

“Att göra datorer snabbare kräver ständigt mindre transistorer, med dessa elektroniska komponenter nu bara en handfull nanometer i storlek-det finns cirka 12 miljarder transistorer i frimärksstorlekens centrala chip för moderna smartphones, säger forskarna.

De sa i ännu mindre enheter, dock måste kanalen som elektronerna flödar genom vara mycket nära gränssnittet mellan halvledaren och metallgrinden som används för att slå på och stänga av transistorn.

Oundviklig ytoxidation och andra ytföroreningar orsakar oönskad spridning av elektroner som strömmar genom kanalen och leder också till instabilitet och buller som är särskilt problematiska för kvantanordningar, förklarade forskarna.

“I det nya arbetet skapar vi transistorer där en ultratunn metallgrind odlas som en del av halvledarkristallen, vilket förhindrar problem i samband med oxidation av halvledarytan”, säger Yonatan Ashlea Alava, FLEET-doktorand och huvudförfattare till forskning.

“Vi har visat att denna nya design dramatiskt minskar oönskade effekter från ytfel och visar att kvantpunktskontakter i nanoskala uppvisar betydligt lägre brus än enheter tillverkade med konventionella metoder.”

Forskarna sa att en av utmaningarna var att elektronspridning begränsar högfrekventa komponenter.

Uppdraget att göra allt mindre elektroniska enheter kräver att den ledande kanalen i transistorer med hög elektronmobilitet (HEMT) är i närheten av enhetens yta. Den utmanande delen, säger forskarna, har sina rötter i enkel elektrontransportteori.

“När elektroner färdas i fasta ämnen orsakar den elektrostatiska kraften på grund av oundvikliga föroreningar/laddning i omgivningen elektronbanan att avvika från den ursprungliga vägen: Den så kallade” elektronspridningsprocessen “. Ju fler spridningshändelser, desto svårare är det för elektroner att färdas i det fasta, och därmed den lägre konduktiviteten, “sa de.

” Halvledarnas yta har ofta höga nivåer av oönskad laddning fångad av de otillfredsställda kemiska bindningarna – eller “dinglande” bindningar – av ytatomerna. Denna ytladdning orsakar spridning av elektroner i kanalen och minskar enhetens konduktivitet. Som en följd av detta, när den ledande kanalen bringas nära ytan, sjunker prestanda/konduktivitet för HEMT snabbt. ”

Dessutom sa de att ytladdningen skapar lokala potentiella fluktuationer som resulterar i laddningsbrus i känsliga enheter såsom kvantpunktskontakter och kvantpunkter. Det sänker också konduktiviteten.

Lösningen, hävdar forskningen, växer först “växlingsgrinden” för att minska spridningen.

Teamet vid UNSW arbetade med skivodlare vid Cambridge University och visade att problemet i samband med ytladdning kan elimineras genom att odla en epitaxial aluminiumport innan skivan tas bort från tillväxtkammaren.

“Vi bekräftade prestandaförbättringen via karakteriseringsmätningar i laboratoriet vid UNSW, “förklarade medförfattaren Dr Daisy Wang.

” Teamet jämförde grunda HEMT-material tillverkade på två skivor med nästan identiska strukturer och tillväxtförhållanden-en med epitaxial aluminium port, och en andra med en ex-situ metallgrind deponerad på en aluminiumoxid dielektrikum.

“De karakteriserade enheterna med hjälp av lågtemperatur-transportmätningar och visade att epitaxialgrindens design kraftigt reducerade ytladdningsspridning, med upp till 2,5x ökning av konduktiviteten.”

De visade också, förklarade UNSW, att epitaxial aluminiumport kan mönstras för att göra nanostrukturer.

“En kvantpunktskontakt tillverkad med den föreslagna strukturen visade robust och reproducerbar 1D-konduktanskvantisering, med extremt låg laddningsbrus”, tillade den.

“Den höga konduktiviteten i extremt grunda skivor och strukturens kompatibilitet med reproducerbar nano-enhetstillverkning tyder på att MBE-odlade aluminiumgrindade skivor är idealiska kandidater för att göra ultra-små elektroniska enheter, kvantprickar och för qubit-applikationer. “

RELATERAD TÄCKNING

Ledningar ovanför qubits ser UNSW-forskare ta kvantkontrollstegSydneyforskare utvecklar en ny billig och säker plasmateknisk” ny “värld för potentialen i minikvantdatorerAustralias Archer och dess plan för kvantvärldsdominans

Relaterade ämnen:

Australien CXO Digital Transformation Tech Industry Smart Cities Cloud

Av Asha Barbaschow | 20 augusti 2021 – 04:52 GMT (05:52 BST) | Ämne: Innovation