Vandaag de dag, talloze siliciumtransistoren zijn verantwoordelijk voor het doorgeven van de informatie op een microchip. De transistoren zijn gerangschikt in een vlakke reeks, d.w.z. plat naast elkaar liggen, en zijn al gekrompen tot een grootte van slechts ongeveer 50 nanometer. Aan verdere miniaturisering van transistoren met een vlakke structuur komt binnenkort een einde vanwege fundamentele fysieke beperkingen. Nog altijd, nog kleinere transistoren zijn wenselijk om hun functies continu te verbeteren en tegelijkertijd de kosten van de elektronica te verlagen.

Momenteel, onderzoekers werken hard aan het vinden van nieuwe benaderingen om de fysieke limieten op schaalverkleining en integratie van microchips te overwinnen. Eén zo'n concept is het fabriceren van een volledig nieuwe transistorarchitectuur in drie dimensies. In dit begrip, in plaats van ze plat op het substraat te plaatsen, worden de siliciumtransistoren 90 graden gedraaid, zodat ze als kleine kolommen uit het chipsubstraat steken. Op deze manier, talrijke verticale transistoren zouden kunnen worden gebouwd op het gebied dat normaal gesproken door slechts één vlakke transistor wordt ingenomen. Dit zou eindelijk de stap zijn van micro- naar nano-elektronica.

De fabricage van verticale silicium nanodraadarrays is al gemeld. Toch moet er grondiger onderzoek worden gedaan naar de elektrische eigenschappen van silicium nanodraden om betrouwbare transistors te kunnen bouwen voor een nieuwe generatie microchips. In tegenstelling tot conventionele transistoren, de stroom in deze kolomachtige transistors zal verticaal zijn, en ze zullen kleiner en energiezuiniger zijn dan nu. Tenslotte, er zijn goede hoop om uiterst efficiënte zonnecellen te fabriceren met behulp van silicium nanodraden.

De Max Planck-onderzoekers in Halle produceren monokristallijn silicium nanodraden die bijzonder geschikt zijn als componenten voor microchips. In het centrum van de ionenbundel van de FZD, vreemde atomen die bekend staan ​​als 'doteringsmiddelen' worden in de nanodraden geïmplanteerd. De doteermiddelen bezetten roosterplaatsen van de gastheerhalfgeleider, waardoor de elektrische geleidbaarheid en de stroom door de halfgeleider toenemen. Selectieve implantatie van verschillende doteermiddelen kan de polariteit van de ladingsdragers in een transistor veranderen, wat leidt tot het schakelen van de stroom. De planaire siliciumtechnologie is goed ontwikkeld; echter, dit geldt niet voor silicium nanostructuren. "Eerst, we analyseerden draden met een diameter van 100 nanometer en een lengte van 300 nanometer. Maar waar we op mikken zijn draden met een diameter van slechts enkele atomen, evenals draden waar individuele atomen aan elkaar zijn geregen. We zijn van plan hun gedrag in materialen nauwkeurig te karakteriseren en willen weten hoe hun elektrische eigenschappen kunnen worden aangepast voor toepassing in nano-elektronica, bijv. voor nieuwe veldeffecttransistoren, ” zeggen FZD-fysici dr. Reinhard Koegler en dr. Xin Ou.

De nanodraden zijn in Rossendorf onderzocht met een techniek (Scanning Spreading Resistance Microscopy, SSRM) die gewoonlijk de positieafhankelijke elektrische weerstand meet in een speciaal voorbereide tweedimensionale dwarsdoorsnede van de nanodraad. De soortelijke weerstand is gerelateerd aan de atomaire concentratie van de doteermiddelen. In het huidige werk hebben de onderzoekers ontdekt dat de doteerstoffen in een silicium nanodraad, namelijk boor en fosfor, blijf niet waar ze verwacht worden, maar drijven naar het oppervlak van de nanodraad waar ze gedeeltelijk inactief worden en niet langer kunnen bijdragen aan de elektrische geleidbaarheid. Tot nu toe ontbrak het wetenschappers aan een geschikte techniek om de gevolgen van een ongelijke verdeling van doteerstoffen op nanoschaal te visualiseren en te kwantificeren. Chipontwerpers moeten op de nieuw gevonden resultaten letten als nanodraden in de toekomst voor verticale transistors worden toegepast.