(PhysOrg.com) -- Een nieuwe generatie ultrakleine transistors en krachtigere computerchips die gebruik maken van minuscule structuren die halfgeleidende nanodraden worden genoemd, staan ​​dichter bij de realiteit na een belangrijke ontdekking door onderzoekers van IBM, Purdue University en de University of California in Los Angeles.

De onderzoekers hebben geleerd hoe ze nanodraden kunnen maken met lagen van verschillende materialen die scherp zijn gedefinieerd op atomair niveau, wat een cruciale vereiste is om efficiënte transistors uit de structuren te maken.

"Met scherp gedefinieerde materiaallagen kun je de stroom van elektronen verbeteren en controleren en deze stroom in- en uitschakelen, " zei Eric Stach, een universitair hoofddocent materiaalkunde aan Purdue.

Elektronische apparaten zijn vaak gemaakt van "heterostructuren, " wat betekent dat ze scherp gedefinieerde lagen van verschillende halfgeleidende materialen bevatten, zoals silicium en germanium. Tot nu, echter, onderzoekers zijn er niet in geslaagd nanodraden te produceren met scherp gedefinieerde silicium- en germaniumlagen. In plaats daarvan, deze overgang van de ene laag naar de volgende is te geleidelijk verlopen om de apparaten optimaal te laten presteren als transistors.

De nieuwe bevindingen wijzen op een methode om nanodraadtransistors te maken.

De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een onderzoekspaper die vrijdag (27 november) in het tijdschrift verschijnt Wetenschap . Het artikel is geschreven door Purdue postdoctoraal onderzoeker Cheng-Yen Wen, Staken, IBM-materiaalwetenschappers Frances Ross, Jerry Tersoff en Mark Reuter van het Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights, NY, en Suneel Kodambaka, een assistent-professor aan de afdeling Materials Science and Engineering van de UCLA.

Terwijl conventionele transistors op vlak worden gemaakt, horizontale stukjes silicium, de silicium nanodraden worden verticaal "gegroeid". Door deze verticale structuur ze hebben een kleinere voetafdruk, waardoor het mogelijk zou kunnen worden om meer transistoren op een geïntegreerde schakeling te plaatsen, of chip, zei Stach.

"Maar eerst moeten we leren hoe we nanodraden kunnen maken volgens strenge normen voordat de industrie ze kan gaan gebruiken om transistors te produceren. " hij zei.

Nanodraden kunnen ingenieurs in staat stellen een probleem op te lossen dat de elektronica-industrie dreigt te laten ontsporen. Er zullen nieuwe technologieën nodig zijn voor de industrie om de wet van Moore te handhaven, een onofficiële regel die stelt dat het aantal transistors op een computerchip ongeveer elke 18 maanden verdubbelt, resulterend in snelle vooruitgang op het gebied van computers en telecommunicatie. Een verdubbeling van het aantal apparaten dat op een computerchip past, vertaalt zich in een vergelijkbare prestatieverbetering. Echter, het wordt steeds moeilijker om elektronische apparaten gemaakt van conventionele halfgeleiders op siliciumbasis te blijven krimpen.

"In ongeveer vijf tot, hoogstens, 10 jaar, de afmetingen van siliciumtransistors zijn tot het uiterste geschaald, ' zei Stack.

Transistoren gemaakt van nanodraden vormen een mogelijke manier om de traditie van de wet van Moore voort te zetten.

De onderzoekers gebruikten een instrument dat een transmissie-elektronenmicroscoop wordt genoemd om de vorming van nanodraden te observeren. Kleine deeltjes van een goud-aluminiumlegering werden eerst verwarmd en gesmolten in een vacuümkamer, en vervolgens werd siliciumgas in de kamer gebracht. Terwijl de gesmolten goud-aluminium kraal het silicium absorbeerde, het werd "oververzadigd" met silicium, waardoor het silicium neerslaat en draden vormt. Elke groeiende draad was bedekt met een vloeibare kraal van goud-aluminium, zodat de structuur op een paddenstoel leek.

Vervolgens, de onderzoekers verlaagden de temperatuur in de kamer voldoende om de goud-aluminium dop te laten stollen, waardoor germanium precies op het silicium kan worden afgezet en het mogelijk wordt gemaakt om een ​​heterostructuur van silicium en germanium te creëren.

De cyclus kan worden herhaald, de gassen naar wens overschakelen van germanium naar silicium om specifieke soorten heterostructuren te maken, zei Stach.

Het hebben van een heterostructuur maakt het mogelijk om in elke transistor een germanium "poort" te creëren, waarmee apparaten kunnen worden in- en uitgeschakeld.

Meer informatie: Vorming van compositorisch abrupte axiale heterojuncties in Si/Ge-nanodraden, C.-Y. wen, et bij., Wetenschap .

Aangeboden door Purdue University (nieuws:web)