Een nieuwe benadering van geïntegreerde schakelingen, het combineren van atomen van halfgeleidermaterialen tot nanodraden en structuren bovenop siliciumoppervlakken, belooft wat voor een nieuwe generatie snelle, robuuste elektronische en fotonische apparaten. Ingenieurs aan de Universiteit van Californië, Davis, hebben onlangs driedimensionale nanodraadtransistoren gedemonstreerd met behulp van deze benadering die spannende mogelijkheden biedt voor het integreren van andere halfgeleiders, zoals galliumnitride, op siliciumsubstraten.

"Silicium kan niet alles, " zei Saif Islam, hoogleraar elektrische en computertechniek aan UC Davis. Circuits gebouwd op conventioneel geëtst silicium hebben hun onderste limiet bereikt, wat de werkingssnelheid en integratiedichtheid beperkt. Aanvullend, conventionele siliciumcircuits kunnen niet werken bij temperaturen boven 250 graden Celsius (ongeveer 480 graden Fahrenheit), of omgaan met hoog vermogen of spanningen, of optische toepassingen.

De nieuwe technologie kan worden gebruikt, bijvoorbeeld, om sensoren te bouwen die onder hoge temperaturen kunnen werken, bijvoorbeeld in vliegtuigmotoren.

"In de nabije toekomst, de samenleving zal afhankelijk zijn van een verscheidenheid aan sensoren en controlesystemen die in extreme omgevingen werken, zoals motorvoertuigen, boten, vliegtuigen, terrestrische olie- en ertswinning, raketten, ruimtevaartuig, en lichaamsimplantaten, ' zei de islam.

Apparaten die zowel silicium als niet-siliciummaterialen bevatten, bieden hogere snelheden en robuustere prestaties. Conventionele microschakelingen worden gevormd uit geëtste lagen silicium en isolatoren, maar het is moeilijk om niet-siliciummaterialen als lagen over silicium te laten groeien vanwege incompatibiliteit in kristalstructuur (of "roostermismatch") en verschillen in thermische eigenschappen.

In plaats daarvan, Islam's laboratorium aan UC Davis heeft siliciumwafels gemaakt met "nanopilaren" van materialen zoals galliumarsenide, galliumnitride of indiumfosfide erop, en gegroeid kleine nanodraad "bruggen" tussen nanopijlers.

"We kunnen geen films van deze andere materialen op silicium laten groeien, maar we kunnen ze laten groeien als nanodraden, ' zei de islam.

De onderzoekers zijn erin geslaagd om deze nanodraden te laten werken als transistors, en combineer ze tot complexere circuits en apparaten die reageren op licht. Ze hebben technieken ontwikkeld om het aantal nanodraden te controleren, hun fysieke kenmerken en consistentie.

Islam zei dat de hangende structuren andere voordelen hebben:ze zijn gemakkelijker af te koelen en kunnen beter omgaan met thermische uitzetting dan vlakke structuren - een relevant probleem wanneer niet-overeenkomende materialen worden gecombineerd in een transistor.

De technologie maakt ook gebruik van de gevestigde technologie voor de productie van geïntegreerde siliciumcircuits, in plaats van een geheel nieuwe route voor productie en distributie te moeten creëren, zei de islam.

Het werk wordt beschreven in een reeks recente artikelen in de tijdschriften Geavanceerde materialen , Technische Natuurkunde Brieven en IEEE-transacties op nanotechnologie met co-auteurs Jin Yong Oh bij UC Davis; Jong Tae-park, Universiteit van Incheon, Zuid-Korea; Hyun-June Jang en Won-Ju Cho, Kwangwoon-universiteit, Zuid-Korea. Financiering werd verstrekt door de Amerikaanse National Science Foundation en de regering van Zuid-Korea.