Onderzoekers van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), de Technische Universiteit van Wenen en de Maria Curie-Skłodowska Universiteit Lublin zijn erin geslaagd om bijna perfecte halfgeleiderkristallen in te bedden in een silicium nanodraad. Met deze nieuwe methode om hybride nanodraden te produceren, zeer snelle en multifunctionele verwerkingseenheden kunnen in de toekomst op één chip worden ondergebracht. De onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Nano-onderzoek .

Nano-opto-elektronica wordt beschouwd als de hoeksteen van toekomstige chiptechnologie, maar het onderzoek staat voor grote uitdagingen:aan de ene kant elektronische componenten moeten in steeds kleinere ruimtes worden ondergebracht. Anderzijds, wat bekend staat als samengestelde halfgeleiders moeten worden ingebed in conventionele materialen. In tegenstelling tot silicium, veel van dergelijke halfgeleiders met een extreem hoge elektronenmobiliteit zouden de prestaties van de modernste op silicium gebaseerde CMOS-technologie kunnen verbeteren.

Wetenschappers van de HZDR, De Technische Universiteit Wenen en de Maria Curie-Skłodowska Universiteit Lublin zijn nu een stap dichter bij beide doelen gekomen:ze integreerden samengestelde halfgeleiderkristallen gemaakt van indiumarsenide (InAs) in silicium nanodraden, die bij uitstek geschikt zijn voor het construeren van steeds compactere chips.

Deze integratie van kristallen was tot nu toe het grootste obstakel voor dergelijke "hetero-nanodraden":buiten het nanometerbereik, kristalrooster mismatch leidde altijd tot tal van defecten. De onderzoekers zijn er nu voor het eerst in geslaagd om de InAs-kristallen bijna perfect te produceren en in te bedden in de nanodraden.

Geïmplanteerde atomen vormen kristallen in de vloeibare fase

Om dit proces uit te voeren, ionenbundelsynthese en warmtebehandeling met xenon-flitslampen werden gebruikt, twee technologieën waarmee het Ion Beam Center van de HZDR al vele jaren ervaring heeft. De wetenschappers moesten in eerste instantie een bepaald aantal atomen precies in de draden brengen met behulp van ionenimplantatie. Vervolgens voerden ze de flitslampuitgloeiing van de siliciumdraden in hun vloeibare fase uit binnen slechts twintig milliseconden. "Een siliciumoxide omhulsel, van slechts vijftien nanometer dik, behoudt de vorm van de vloeibare nanodraad, " legt HZDR-wetenschapper Dr. Slawomir Prucnal uit, "terwijl de geïmplanteerde atomen de indium-arsenidekristallen vormen."

Dr. Wolfgang Skorupa, het hoofd van de onderzoeksgroep voegt toe:"De atomen diffunderen zo snel in de vloeibare-siliciumfase dat ze binnen milliseconden onberispelijke monokristallen vormen die van hun omgeving worden afgebakend met bijna perfecte interfaces." In de volgende stap, de wetenschappers willen verschillende samengestelde halfgeleiders implementeren in silicium nanodraden en ook de grootte en verdeling van de kristallen optimaliseren.