Hay buenas noticias en la búsqueda de la próxima generación de semiconductores. Los investigadores de los EE.UU. Departamento de Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) y la Universidad de California (UC) en Berkeley, han integrado con éxito las capas ultra finas de la arseniuro de indio semiconductores en un sustrato de silicio para crear un transistor de escala nanométrica, con excelentes propiedades electrónicas . Un miembro de la familia III-V de los semiconductores, el arseniuro de indio ofrece varias ventajas como una alternativa al silicio, incluida la movilidad de electrones superior y la velocidad, que le hace un candidato Oustanding para futuros dispositivos de alta velocidad, bajo consumo de energía electrónica.
Fabricar un óxido de indio (InAs) comienza con un dispositivo) epitaxially crecimiento y el grabado InAs en matrices nanocinta que se marcan en un silicio / sílice (Si/SiO2) sustrato, b) yc) InAs matrices nanocinta en Si/SiO2 d) ye) nanocinta InAs superestructuras en Si/SiO2.
"Hemos demostrado una ruta sencilla para la integración heterogénea de las capas de arseniuro de indio a un espesor de 10 nanómetros en sustratos de silicio", dice Ali Javey, un científico de la facultad en los materiales del laboratorio de Berkeley División de Ciencias y profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación Universidad de California en Berkeley, quien dirigió esta investigación.
"Los dispositivos que posteriormente fabricado, se mostró a operar cerca de los límites de rendimiento previsto de los dispositivos III-V con una fuga mínima actual. Nuestros equipos también presentan un desempeño superior en términos de densidad de corriente y transconductancia en comparación con los transistores de silicio de dimensiones similares. "
Para todas sus maravillosas propiedades electrónicas, el silicio tiene limitaciones que han llevado a una intensa búsqueda de semiconductores alternativos para ser utilizados en futuros dispositivos. Javey y su grupo de investigación se han centrado en semiconductores compuestos III-V, que cuentan con excelentes propiedades de transporte de electrones. El reto ha sido encontrar una forma de conectar estos semiconductores compuestos en la bien establecida, la tecnología de procesamiento de bajo costo para producir dispositivos basados en silicio de hoy en día. Dada la falta de coincidencia entre los grandes del enrejado de silicio y los semiconductores compuestos III-V, el crecimiento directo hetero-epitaxial de III-V en sustratos de silicio es difícil y compleja, ya menudo resulta en un alto volumen de defectos.
"Hemos demostrado lo que llamamos una 'XOI', o semiconductores compuestos-en la plataforma de tecnología de aislante, que es paralelo al de hoy 'SOI', o la plataforma de silicio sobre aislante", dice Javey. "El uso de un método de transferencia epitaxial, transferimos capas ultrafinas de indio de un solo cristal de arseniuro de sustratos de silicio de sílice /, a continuación, fabricado dispositivos que utilizan las técnicas convencionales de procesamiento con el fin de caracterizar el material XOI y propiedades del dispositivo."
Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Naturaleza, en un artículo titulado, ultrafinas de semiconductores en el compuesto aislante para las capas altas de transistores a nano escala. Desempeño "Co-autor del informe con Javey eran" Hyunhyub Ko, Takei Kuniharu, Rehan Kapadia, Chuang Steven, Fang Hui, Leu Pablo, Kartik Ganapathi, Plis Elena, Kim Ha Sul,-Ying Chen Szu, Morten Madsen, Ford, Alexandra, Chueh-Lun Yu, Sanjay Krishna y Salahuddin Sayeef.
Para hacer sus plataformas XOI, Javey y sus colaboradores indios creció un solo cristal de arseniuro de películas delgadas (10 a 100 nanómetros de espesor) en una fuente preliminar substrato litográfico entonces las películas de dibujos en arreglos ordenados de nanocintas. Después de abandonar el sustrato de origen a través de una selectiva húmedo grabado de una capa subyacente de sacrificio, las matrices nanocinta fueron trasladados al sustrato de silicio de sílice / a través de un proceso de estampado.
Los investigadores de Berkeley Kuniharu Takei (izquierda) y Javey Ali creado transistores a nanoescala con excelentes propiedades electrónicas de los semiconductores de arseniuro de indio. (Foto por Kaltschmidt Roy, Relaciones Públicas Berkeley Lab)
Javey atribuyó el excelente desempeño de los transistores electrónicos XOI a las pequeñas dimensiones de la participación activa de "X" de la capa y el papel crítico desempeñado por confinamiento cuántico, que sirve para ajustar la estructura de bandas del material y las propiedades de transporte. Aunque él y su grupo sólo se utiliza el arseniuro de indio como de compuestos para semiconductores, la tecnología debe adaptarse con facilidad otros compuestos III / V y semiconductores.
"Las investigaciones futuras sobre la escalabilidad de nuestro proceso para el procesamiento de la oblea de 8 pulgadas y 12 pulgadas-es necesario", dijo Javey.
"En el futuro creemos que la XOI sustratos se pueden obtener a través de un proceso de unión de la oblea, pero nuestra técnica debería permitir a fabricar los transistores de p y tipo n-en el mismo chip para la electrónica complementarios basados en semiconductores III-V óptima.
"Además, este concepto puede ser utilizado para integrar directamente fotodiodos de alto rendimiento, los láseres y diodos emisores de luz sobre sustratos de silicio convencionales. Excepcionalmente, esta técnica podría permitir a nosotros para estudiar las propiedades de los materiales de base de los semiconductores inorgánicos cuando el espesor es reducido a sólo unas pocas capas atómicas. "
Esta investigación fue financiada en parte por una subvención de LDRD del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y por el MARCO / Centro de MSD Enfoque en el MIT, la Corporación Intel y el sensor de Berkeley y el Centro de actuador.
Berkeley Lab es un Departamento de Energía de EE.UU. laboratorio nacional ubicado en Berkeley, California. Lleva a cabo investigación científica sin clasificar para DOE Oficina de Ciencia y es administrado por la Universidad de California. Visite nuestro sitio Web enwww.lbl.gov
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