(PhysOrg.com) -- Europese onderzoekers hebben ultramoderne 'groeiende' nanodraadtechnologie ontwikkeld, de weg vrijmaken voor sneller, kleinere microchips en het creëren van een veelbelovende nieuwe weg voor onderzoek en industriële ontwikkeling in Europa.

Nanodraden zijn een veelbelovende nieuwe technologie die de komende tien jaar zou kunnen voldoen aan de snel stijgende prestatie-eisen voor het ontwerpen van geïntegreerde schakelingen. Het zijn kleine draadjes met een diameter van slechts tientallen nanometers en een lengte van micrometers.

Ze kunnen kleiner betekenen, snellere en lagere vermogenselektronica, en leiden tot geheel nieuwe architecturen zoals 3D-microchips - een verticale stapel schakelingen die de grootte van schakelingen enorm kan vergroten voor dezelfde voetafdruk.

Nanodraden zijn zo smal dat ze vaak 'eendimensionale' structuren worden genoemd omdat de breedte van de draad de zijwaartse beweging van elektronen beperkt wanneer ze door de draad gaan. Ook, de cilindrische geometrie maakt de meest efficiënte elektrostatische poorttechnologie mogelijk.

Op deze schaal is het niet verwonderlijk nanodraden vertonen veel kenmerken die het potentieel bieden voor nieuwe circuits en architecturen, en natuurkundigen zijn erg enthousiast. De Japanners pionierden op dit gebied en de VS namen het werk op zich, en met een paar Europese teams die kort daarna binnenkomen.

Het verhogen van nanodraden... en patenten

Maar de Europeanen zijn onderweg. Recent werk aan het NODE-project leidde tot technologie van wereldklasse en 40 patenten. “Siliciumtechnologie wordt een hele uitdaging als je tot 10-15nm komt, ” legt Lars Samuelson uit, directeur van het Nanometer Structure Consortium aan de Universiteit van Lund en coördinator van het NODE-project.

"Een van de problemen van de [huidige] top-down benadering is dat het ruwe omgevingen introduceert en je eindigt met apparaten die mogelijk worden gedomineerd door defecten."

De nanodraden van NODE worden van onderaf ‘gegroeid’, zoals kristallen, in verticale structuren. “We noemen het ‘geleide zelfmontage’, en het is een ‘bottom-up’ proces dat kan leiden tot minder defecten, ', zegt Samuëlson.

Verticale nanodraden kunnen uit verschillende materialen bestaan, door eenvoudig het afzettende materiaal te veranderen, dus de draad neemt lagen met verschillende kenmerken aan. “Er zijn veel potentiële kansen voor het ontwikkelen van nieuwe technologieën, " hij zegt. "Deze verticale opstelling kan de weg zijn naar 3D-circuitontwerp en om monolithische on-chip opto-elektronica te realiseren."

NODE richtte zich op het combineren van silicium met indiumarsenide (Si:InAs) en silicium met siliciumgermanium (Si:SiGe), twee veelbelovende materialen. “Indiumarsenide is van nature erg snel en, als zodanig, het was van bijzonder belang voor ons werk, ' merkt Samuëlson op.

doorbraken

Het project keek naar elke schakel in de productieketen van nanodraad, van groei, verwerking op industriële schaal, karakterisering en integratie. “En een van de grote uitdagingen van het project was de integratie van ons werk met de huidige siliciumverwerkingstechnologie, dus er was een grote inspanning bij de verwerking, ’ benadrukt Samuelson.

Voor deze, karakteriseringsstudies waren belangrijk om de verschillende gebruikte materialen en de effecten van de nanodraadstructuur te onderzoeken. NODE onderzocht ook de kenmerken van potentiële apparaten, zoals veldeffecttransistoren (FET). Eindelijk, het team heeft gekeken naar de integratie van deze apparaten in circuits.

Het is een enorm oeuvre en heeft geleid tot echte doorbraken. "Een van de doorbraken was de ... perfecte afzetting van hoge-K diëlektrica die de nanodraden bekleden en dienen als een diëlektricum in de wrap-gate-transistors, ' onthult Samuelson. “Hiervoor hebben we een hele goede techniek ontwikkeld.”

High-K diëlektrica overwinnen enkele van de beperkingen van siliciumdioxide op zeer kleine schaal en zijn een veelbelovende strategie voor verdere miniaturisatie van geïntegreerde schakelingen.

“Als onderdeel van dit onderzoek we zijn ook problemen en mogelijke belemmeringen [voor verdere] ontwikkeling tegengekomen, zoals vrij ernstige problemen bij het kweken van Si-nanodraden met behulp van goudkatalysatoren”, voegt Samuëlson toe.

Het nieuwste van het nieuwste

“Deze technologie is niet klaar voor industriële toepassingen, en of het er drie zullen zijn, zes of negen jaar voordat het industrieel verschijnt, Ik kan niet zeggen, ’, waarschuwt Samuëlson. “Maar we hebben de stand van de techniek vastgesteld, wij hebben de beste resultaten.”

Het project heeft de toetreding van Europa tot een opwindend nieuw gebied van nanotechnologie aangekondigd en een kernexpertise op het continent ontwikkeld. Meer dan 100 wetenschappelijke artikelen zullen uit het werk voortkomen als het eindelijk afloopt.

De ontwikkeling van Europese expertise kon niet op een beter moment komen. Industriële spelers zoals IBM, Samsung en enkele van de toonaangevende laboratoria in Singapore begonnen met de ontwikkeling van vlakke, of horizontaal, nanodraadtechnologie kort nadat NODE hun inspanningen begon. De technologie wordt volwassen.