(PhysOrg.com) -- Fabrikanten van microchips staan ​​al lang voor uitdagingen bij het miniaturiseren van transistors, de belangrijkste actieve componenten in bijna elk modern elektronisch apparaat, die worden gebruikt om elektronische signalen te versterken of te schakelen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, Purdue University en IBM hebben met succes silicium-germanium halfgeleidende nanodraden gekweekt voor mogelijk gebruik in transistors van de volgende generatie.

Deze nanodraden - die enkele tientallen tot enkele honderden nanometers in diameter en tot enkele millimeters lang zijn - kunnen de ontwikkeling van kleinere, snellere en krachtigere elektronica, volgens studie co-auteur Suneel Kodambaka, een UCLA hoogleraar materiaalkunde en techniek.

Het onderzoek van het team verschijnt in het nummer van 27 november van het tijdschrift Wetenschap .

"We zijn om twee redenen enthousiast, " zei Frances Ross, manager van IBM's afdeling Nanoscale Materials Analysis en corresponderende auteur van het onderzoek. "Een daarvan is dat we onze kennis van de fundamentele fysica van het proces waarmee nanodraden groeien hebben uitgebreid. De andere is het verbeterde vooruitzicht om nanodraden te gebruiken in hoogwaardige elektronische apparaten."

"De nanodraden zijn zo klein dat je ze in vrijwel alles kunt plaatsen, " zei Kodambaka. "Vanwege hun kleine formaat, ze kunnen duidelijk verschillende eigenschappen hebben, in vergelijking met hun bulk tegenhangers."

Het team toonde aan dat ze nanodraden kunnen maken met lagen van verschillende materialen, specifiek silicium en germanium, die defectvrij en atomair scherp waren op de kruising - kritische vereisten voor het maken van efficiënte transistors uit de kleine structuren. De "scherpere" de
interface tussen de materiaallagen - in dit geval slechts één atoom, of dicht bij één atoom, dik — hoe beter de elektronische eigenschappen.

"We denken dat deze studie belangrijk is omdat het een oplossing biedt voor het probleem van groeiende scherpe interfaces in nanodraden, daarmee een belangrijke beperking in de groei van nanodraden aanpakken, ' zei Roos.

Volgens Kodambaka, silicium-germanium nanostructuren hebben ook thermo-elektrische toepassingen, waarin warmte wordt omgezet in elektriciteit.

"Het Jet Propulsion Laboratory gebruikt grote hoeveelheden siliciumgermanium om hun satellieten van stroom te voorzien. en nu is er veel belangstelling voor het gebruik van een vergelijkbare technologie in auto's. Deze nanodraden hebben een groot potentieel op elk gebied met elektronica, ' zei Kodambaka.

Om de silicium-germanium nanodraden te laten groeien, kleine deeltjes van een goud-aluminiumlegering worden eerst verwarmd tot temperaturen boven 370 graden Celsius en gesmolten in een vacuümkamer. Vervolgens wordt een siliciumhoudend gas in de kamer gebracht, waardoor silicium neerslaat en draden vormt onder de druppeltjes. Voor de vorming van de germaniumdraden wordt een germaniumhoudend gas gebruikt.

"Zie het als ijs dat groeit uit waterdamp of de vorming van ijskristallen tijdens een sneeuwstorm. Je kunt onder de juiste omstandigheden bossen van ijsdraden krijgen in plaats van sneeuwvlokken of platte ijzellagen, " zei Kodambaka. "Maar in plaats van waterdamp, we hebben siliciumdamp geïntroduceerd om de siliciumdraad te krijgen."

"De uitdaging was om een ​​echt scherpe interface te creëren tussen het silicium en het germanium in elke draad, " Zei Kodambaka. "Dus hebben we de vloeistofdruppels gekoeld totdat ze stollen. Hierdoor konden we overtollig silicium in de legering verwijderen. Vervolgens, Germaniumdraadsegmenten kunnen op het silicium worden gekweekt met de introductie van germaniumdamp, en scherpe interfaces gevormd."

De volgende stap voor het team is om dezelfde structuren over grotere gebieden te laten groeien in een conventionele groeireactor in plaats van in een klein gebied onder de microscoop.

"Hierdoor kunnen mijn collega's bij IBM de draden in apparaten verwerken en hun elektronische eigenschappen meten, ' zei Ross. 'Natuurlijk, we hopen dat de eigenschappen worden verbeterd, vergeleken met conventionele nanodraden; en als dit lukt, we zullen nieuwe apparaten onderzoeken en verschillende metaallegeringen uitproberen om te bepalen welke het beste is voor het maken van apparaten."

Bron:Universiteit van Californië - Los Angeles