Een team van IBM-onderzoekers in Zürich, Zwitserland met steun van collega's in Yorktown Heights, New York heeft een relatief eenvoudige, robuust en veelzijdig proces voor het kweken van kristallen gemaakt van samengestelde halfgeleidermaterialen waarmee ze kunnen worden geïntegreerd in siliciumwafels - een belangrijke stap in de richting van het maken van toekomstige computerchips waarmee geïntegreerde schakelingen in omvang en kosten kunnen blijven krimpen, zelfs als ze in prestatie toenemen.

Verschijnt deze week op de omslag van het tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven , het werk kan een uitbreiding van de wet van Moore mogelijk maken, de beroemde observatie van Gordon Moore dat het aantal transistors op een geïntegreerde schakeling ongeveer elke twee jaar verdubbelt. In de afgelopen jaren hebben sommigen in de industrie gespeculeerd dat ons vermogen om gelijke tred te houden met de wet van Moore uiteindelijk uitgeput zou kunnen raken, tenzij er nieuwe technologieën komen die het een leiband zullen geven.

"De hele halfgeleiderindustrie wil de wet van Moore in stand houden. We hebben beter presterende transistors nodig terwijl we doorgaan met afschalen, en transistors op basis van silicium zullen ons geen verbeteringen meer geven, zei Heinz Schmid, een onderzoeker bij IBM Research GmbH in het Zürich Research Laboratory in Zwitserland en de hoofdauteur van het papier.

Voor consumenten, uitbreiding van de wet van Moore betekent dat de trend van nieuwe computerapparatuur met toenemende snelheid en bandbreedte tegen een lager stroomverbruik en lagere kosten wordt voortgezet. De nieuwe techniek kan ook invloed hebben op fotonica op silicium, met actieve fotonische componenten naadloos geïntegreerd met elektronica voor meer functionaliteit.

Hoe het werk werd gedaan

Het IBM-team maakte nanostructuren met één kristal, zoals nanodraden, nanostructuren die vernauwingen bevatten, en kruispunten, evenals 3D gestapelde nanodraden, gemaakt met zogenaamde III-V materialen. Gemaakt van legeringen van indium, gallium en arsenide, III-V-halfgeleiders worden gezien als mogelijk toekomstig materiaal voor computerchips, maar alleen als ze met succes op silicium kunnen worden geïntegreerd. Tot dusverre zijn de integratie-inspanningen niet erg succesvol geweest.

De nieuwe kristallen werden gekweekt met behulp van een benadering genaamd template-assisted selectieve epitaxie (TASE) met behulp van metaal-organische chemische dampafzetting, die in feite begint met een klein gebied en evolueert naar een veel groter, defectvrij kristal. Met deze benadering konden ze lithografisch oxidesjablonen definiëren en deze vullen via epitaxie, uiteindelijk nanodraden maken, kruisingen, nanostructuren met vernauwingen en 3D-gestapelde nanodraden met behulp van de reeds gevestigde geschaalde processen van Si-technologie.

"Wat dit werk onderscheidt van andere methoden, is dat de samengestelde halfgeleider geen schadelijke defecten bevat, en dat het proces volledig compatibel is met de huidige chipfabricagetechnologie, "zei Schmid. "Belangrijk is dat de methode ook economisch haalbaar is."

Hij voegde eraan toe dat er meer ontwikkeling nodig zal zijn om dezelfde controle over de prestaties in III-V-apparaten te krijgen als momenteel bestaat voor silicium. Maar de nieuwe methode is de sleutel tot het daadwerkelijk integreren van de gestapelde materialen op het siliciumplatform, zei Schmid.