(PhysOrg.com) -- In een interessant staaltje techniek op nanoschaal, onderzoekers van de Universiteit van Lund in Zweden en de Universiteit van New South Wales hebben de eerste nanodraadtransistor gemaakt met een concentrische metalen 'wrap-gate' die horizontaal op een siliciumsubstraat zit.

Twee opmerkelijke aspecten van hun ontwerp zijn de eenvoud van de fabricage en het unieke vermogen om de lengte van de wrap-gate af te stemmen via een enkele wet-etch-stap, merkt universitair hoofddocent Adam Micolich op, een ARC Future Fellow in de Nanoelectronics Group in de UNSW School of Physics.

Het inpakken van steeds hogere dichtheden van transistors in een microchip heeft een hoge prijs - de verminderde overlap tussen het halfgeleiderkanaal waardoor de stroom stroomt en de metalen poort maakt het moeilijker om de stroom in en uit te schakelen.

Dit dreef de ontwikkeling van de 'Fin Field-Effect Transistor', of FinFET, waarbij het silicium aan weerszijden van het kanaal wordt weggeëtst om een ​​verhoogde mesa-structuur te creëren. Hierdoor kan de poort langs de zijkanten van het kanaal worden neergeklapt, het schakelen verbeteren zonder de chipruimte die het apparaat nodig heeft te vergroten. Een nog betere controle kan worden verkregen door de poort helemaal om het kanaal te wikkelen. Maar metaal onder het kanaal krijgen zonder het apparaat in gevaar te brengen, kan een formidabele taak zijn met behulp van conventionele 'top-down' siliciummicrofabricagetechnieken.

Dit heeft geleid tot grote belangstelling voor zelf-geassembleerde nanodraden voor computertoepassingen (zie D.K. Ferry, doi:10.1126/science.1154446). Deze kleine halfgeleidernaalden, ongeveer 50 nm in diameter en tot enkele micrometers lang, worden gekweekt met behulp van chemische dampafzetting en staan ​​verticaal op een halfgeleidersubstraat, waardoor het mogelijk is om een ​​isolator en poortmetaal rond het gehele buitenoppervlak van de nanodraad af te zetten.

Hoewel deze gecoate nanodraden kunnen worden gemaakt in volledig functionerende transistors in de verticale oriëntatie, het proces om dit te bereiken is zeer intensief. En in veel gevallen het is wenselijker om de nanodraadtransistor plat op het substraat te laten liggen, zoals bij conventionele siliciumtransistors. Dit vormt een interessante uitdaging voor nanotechnologen:is het mogelijk om nanodraadtransistors te maken met een allround metalen 'wrap-gate' die plat op een halfgeleidersubstraat ligt?

In werk gepubliceerd deze week in Nano-letters [Storm et al . doi:10.1021/nl104403g], het team demonstreert niet alleen de eerste van dergelijke horizontale wrap-gate nanodraadtransistoren, maar ze laten zien dat ze kunnen worden gemaakt met behulp van een opmerkelijk eenvoudig proces waarmee ze de lengte van de wrap-gate nauwkeurig kunnen instellen met een enkele natte etsstap, zonder dat verdere lithografie nodig is.

Hun aanpak maakt gebruik van het vermogen van de etsoplossing om de resist te ondergraven en langs de nanodraad te etsen, het produceren van poorten die in lengte variëren van iets minder dan de contactscheiding tot zo laag als 100 nm, eenvoudig door de etsmiddelconcentratie af te stemmen. De resulterende apparaten hebben uitstekende elektrische prestaties en kunnen betrouwbaar worden geproduceerd met een hoog rendement.

Behalve dat het een belangrijke vooruitgang is in nanofabricagetechnieken, deze apparaten openen interessante nieuwe wegen voor fundamenteel onderzoek.

De wrap-gated nanodraden zijn ideaal voor studies van eendimensionaal kwantumtransport in halfgeleiders, waar opmerkelijke verschijnselen zoals elektronenkristallisatie en scheiding van spinladingen kunnen worden waargenomen. Aanvullend, de sterke poort-kanaalkoppeling in combinatie met een blootliggend gouden wrap-gate-oppervlak biedt interessante mogelijkheden voor detectietoepassingen door gebruik te maken van de gevestigde chemie voor het binden van antilichamen en andere polypeptiden aan gouden oppervlakken.