Ultrakleine geïntegreerde schakelingen hebben een revolutie teweeggebracht in mobiele telefoons, huishoudelijke apparaten, auto's, en andere alledaagse technologieën. Om elektronica verder te verkleinen en geavanceerde functies mogelijk te maken, circuits moeten betrouwbaar in drie dimensies worden gefabriceerd. Het bereiken van ultrafijne 3D-vormcontrole door in silicium te etsen is moeilijk, omdat zelfs schade op atomaire schaal de prestaties van het apparaat vermindert. Onderzoekers van het Nara Institute of Science and Technology (NAIST) hebben een nieuwe studie gepubliceerd in Kristalgroei en ontwerp waarin ze silicium etsten om de vorm van atomair gladde piramides aan te nemen. Door deze siliciumpiramides te coaten met een dunne laag ijzer, werden magnetische eigenschappen verleend die tot nu toe alleen theoretisch waren.

NAIST-onderzoeker en senior auteur van de studie Ken Hattori wordt veel gepubliceerd op het gebied van atomair gecontroleerde nanotechnologie. Een focus van Hattori's onderzoek is het verbeteren van de functionaliteit van op silicium gebaseerde technologie.

"Silicium is het werkpaard van de moderne elektronica omdat het kan fungeren als een halfgeleider of een isolator, en het is een overvloedig element. Echter, toekomstige technologische vooruitgang vereist een atomair soepele fabricage van apparaten in drie dimensies, ' zegt Hattori.

Een combinatie van standaard droog etsen en chemisch etsen is nodig om arrays van piramidevormige silicium nanostructuren te fabriceren. Tot nu, atomair gladde oppervlakken waren zeer uitdagend om voor te bereiden.

"Onze geordende reeks gelijkbenige siliciumpiramides waren allemaal even groot en hadden platte facetvlakken. We bevestigden deze bevindingen door laag-energetische elektronendiffractiepatronen en elektronenmicroscopie, " legt hoofdauteur van de studie Aydar Irmikimov uit.

Een ultradunne, Een laag ijzer van 30 nanometer werd op het silicium afgezet om ongebruikelijke magnetische eigenschappen te verlenen. De oriëntatie op atomair niveau van de piramides definieerde de oriëntatie, en daarom, de eigenschappen van het overliggende ijzer.

"Epitaxiale groei van ijzer maakte vormanisotropie van de nanofilm mogelijk. De curve voor de magnetisatie als functie van het magnetische veld was rechthoekig gevormd, maar met breekpunten die werden veroorzaakt door asymmetrische beweging van magnetische vortex gebonden in de top van de piramide, ", legt Hattori uit.

De onderzoekers ontdekten dat de curve geen breekpunten had in analoge experimenten die werden uitgevoerd op vlak met ijzer bekleed silicium. Andere onderzoekers hebben theoretisch de afwijkende curve voor piramidevormen voorspeld, maar de NAIST-onderzoekers zijn de eersten die het in een echte nanostructuur hebben laten zien.

"Onze technologie zal de fabricage van een cirkelvormige magnetische array mogelijk maken door simpelweg de vorm van het substraat af te stemmen, ", zegt Irmikimov. Integratie in geavanceerde technologieën zoals spintronica, die informatie coderen door de spin in plaats van de elektrische lading van een elektron, zal de functionaliteit van 3D-elektronica aanzienlijk versnellen.