(PhysOrg.com) -- Productie op nanoschaal heeft een lange weg afgelegd sinds Feynmans visie op nanotechnologie meer dan 50 jaar geleden. Vanaf dat moment, studies hebben aangetoond hoe laagdimensionale structuren, zoals nanodraden en kwantumdots, hebben unieke eigenschappen die de prestaties van verschillende apparaten kunnen verbeteren. In de laatste studie op dit gebied, onderzoekers hebben transistors gefabriceerd die zijn gemaakt met uitzonderlijk dunne silicium nanodraden die hoge prestaties vertonen vanwege kwantumopsluitingseffecten in de nanodraden.

Het team van onderzoekers, Krutarth Trivedi, Hyungsang Yuk, Herman Carlo Floresca, Maan J. Kim, en Walter Hu, van de Universiteit van Texas in Dallas, heeft hun studie gepubliceerd in een recent nummer van Nano-letters .

In hun studie hebben de onderzoekers vervaardigden lithografisch silicium nanodraden met een diameter van slechts 3-5 nanometer. Met een diameter van deze kleine, de nanodraden ervaren kwantumbeperkingseffecten die ervoor zorgen dat de eigenschappen van de nanodraden veranderen van hun bulkwaarden. specifiek, transistors gemaakt met de dunne nanodraden hebben verbeterde gatenmobiliteit, aandrijfstroom, en stroomdichtheid - eigenschappen die ervoor zorgen dat de transistoren sneller en efficiënter werken. De prestaties van de transistors overtreffen zelfs recent gerapporteerde silicium nanodraadtransistors die doping gebruiken om hun prestaties te verbeteren.

"Het belang van dit onderzoek is dat we hebben aangetoond dat het verhogen van de graad van kwantumopsluiting van het siliciumkanaal resulteert in het vergroten van de mobiliteit van de drager, "Hu vertelde" PhysOrg.com . "We leveren experimenteel bewijs van de theoretisch gesimuleerde mobiliteit met grote gaten van nanodraden met een diameter van ongeveer 3 nm."

Aanvankelijk, het lijkt misschien contra-intuïtief dat een kleinere draad een grotere mobiliteit kan hebben dan een grotere draad. Maar zoals de onderzoekers uitleggen, kwantumopsluitingseffecten vergroten de mobiliteit van de drager in de draad door de gaten (die bijdragen aan de stroom) te beperken tot een meer uniform energiebereik dan in bulksilicium. Terwijl in bulksilicium, gaten met een brede energieverdeling dragen bij aan de stroom, in de kleine nanodraden, de energie van de gaten heeft een veel smallere verdeling. gaten hebben met dezelfde energie, en dus massa, vermindert dragerverstrooiingseffecten in de nanodraden, wat op zijn beurt de mobiliteit en stroomdichtheid verbetert. Door de prestaties van kleine nanodraden te vergelijken met vergelijkbare vervaardigde nanobanden, waarin alleen de dikteafmeting is beperkt, de onderzoekers laten ook zien dat het verhogen van de mate van kwantumopsluiting van het kanaal resulteert in een hogere mobiliteit van de drager.

Zoals de onderzoekers opmerken, het fabriceren van de hoogwaardige sub-5-nanometer silicium nanodraadtransistoren is relatief eenvoudig in vergelijking met andere methoden van nanodraadfabricage, die bottom-up methoden en gedoteerde kruispunten of kanaaldoping gebruiken. Een toepassing die de onderzoekers van plan zijn na te streven, is het gebruik van nanodraden om goedkope, ultragevoelige biosensoren, omdat de gevoeligheid van de biosensor toeneemt naarmate de diameter van de nanodraad afneemt.

“Zoals vereist door onze financiering (NSF Career Award), ons onmiddellijke plan is om biosensing van eiwitten te onderzoeken met dit soort kleine nanodraadtransistors, ' zei Hu. "Wij geloven dat dergelijke nanodraden met een kleine diameter en intrinsiek hoge prestaties een grote impact kunnen hebben op biosensing, omdat van hen wordt verwacht dat ze de ultieme gevoeligheid bieden tot op een enkel molecuul met een betere signaal-ruisverhouding.”

Naast biosensing, de nieuwe high-performance transistors kunnen een impact hebben op CMOS-schaling, wat steeds moeilijker wordt. De onderzoekers zijn momenteel op zoek naar financiering om dit gebied te verkennen.

"Deze transistors kunnen een impact hebben op de CMOS-schaling vanwege het feit dat de prestaties daadwerkelijk toenemen met een afnemende diameter, ' zei Hu. "Arrays van nanodraadtransistors met minuscule nanodraadjes zouden kunnen worden gemaakt om hoge prestaties te bereiken zonder dat er nieuwe verwerkingstechnieken nodig zijn. In feite, de verwerking kan zelfs worden vereenvoudigd ten opzichte van de huidige technieken, omdat onze nanodraadtransistoren geen sterk gedoteerde complementaire juncties gebruiken voor source/drain; het elimineren van hooggedoteerde knooppunten verlicht veel van de huidige problemen bij het terugschalen van CMOS-verwerkingstechnieken naar nanoschaal.

“In het algemeen, mijn persoonlijke standpunt is dat silicium nog veel potentieel heeft voor nano-elektronica, en de industrie zou kunnen overwegen om onderzoek naar silicium nanodraad- of kwantumdraadapparaten en nieuwe architecturen te ondersteunen om het potentieel van silicium volledig te benutten. Iedereen doet onderzoek naar grafeen, wat natuurlijk een geweldig materiaal is, maar we mogen het potentieel van silicium niet negeren, omdat we laten zien dat de effectieve mobiliteit van gaten meer dan 1200 kan zijn.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.