用納米線技術(shù)制造超快晶體管
2022-02-21 13:13:38 EETOP隨著摩爾定律慢慢走到盡頭，研究人員一直在廣泛地尋找可能使晶體管性能不斷提高的新技術(shù)。在這些技術(shù)中，納米線受到了大量的研究關(guān)注。
最近，來自 HZDR 的研究人員宣布，他們已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證明了長期以來關(guān)于張力下納米線（NanowiresUnder Tension）的理論預(yù)測。
在本文中，我們將討論納米線技術(shù)和 HZDR 研究人員所做的工作。
從最基本的意義上說，納米線是直徑在納米量級的納米結(jié)構(gòu)。雖然這似乎是一個微不足道的定義，但該技術(shù)可能會對電子產(chǎn)品產(chǎn)生重大影響。
納米線技術(shù)的基本吸引力之一是它們表現(xiàn)出強(qiáng)大的電學(xué)特性，包括由于其有效的一維結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的高電子遷移率。
這樣做的結(jié)果是納米線提供了非常低的電阻率，因此具有非常快的低功率性能。
幾十年來，研究人員一直試圖將納米線技術(shù)應(yīng)用于金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，其中一種流行的應(yīng)用是環(huán)柵 (GAA) FET（場效應(yīng)晶體管）。
在基于納米線的 GAA FET 中，納米線有助于建立導(dǎo)電通道，而不是平面體硅。
結(jié)果是更快的晶體管也不易受短溝道效應(yīng)的影響。
與碳納米管等競爭技術(shù)相比，納米線的一個顯著優(yōu)勢是納米線由常見材料制成，例如砷化鎵(GaAs)，它具有標(biāo)準(zhǔn)的晶體結(jié)構(gòu)和均勻的電子特性。這種更常見材料的使用為該技術(shù)提供了一定程度的可預(yù)測性和易于制造性，這對于先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)技術(shù)很重要。
正如Nature上的HZDR 論文所述，最近的研究表明，理論上，設(shè)計(jì)人員可以通過在材料上施加拉伸應(yīng)變來進(jìn)一步提高納米線的性能。
理論是，當(dāng)流體靜力學(xué)拉伸應(yīng)變（所有三個維度的膨脹）被施加到 GaA納米線時，其電性能會發(fā)生調(diào)節(jié)。
例如，預(yù)計(jì)這種應(yīng)變會將 GaA 的帶隙從 300K 時的 1.42 eV 無應(yīng)變值縮小到 0.87 eV，減少 40%。
此外，流體靜力拉伸應(yīng)變 GaA 的能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算還可以預(yù)期電子的有效質(zhì)量會顯著降低，這意味著更高的電子遷移率。
從本質(zhì)上講，先前的研究已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)預(yù)測，通過對納米線施加拉伸應(yīng)變，該設(shè)備的性能甚至可以比以前更好。
到目前為止，研究人員只是在數(shù)學(xué)上探索了這一理論，但在HZDR 團(tuán)隊(duì)的新論文中，該小組通過實(shí)驗(yàn)測試了這一理論。
在實(shí)驗(yàn)中，研究人員制造了由 GaA核心和砷化銦鋁殼組成的納米線。
由于研究人員為核和殼使用了不同的材料，因此納米線在兩者之間經(jīng)歷了不同的晶格間距。
結(jié)果是外殼在內(nèi)核上施加了高拉伸應(yīng)變，使研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)他們之前理論化的電性能調(diào)制。
然后，研究人員使用光學(xué)激光脈沖釋放材料內(nèi)部的電子來測量納米線的電子遷移率，這種技術(shù)稱為非接觸式光譜學(xué)。
釋放電子后，研究人員對納米線施加后續(xù)的高頻脈沖，導(dǎo)致電子振蕩。然后研究人員可以根據(jù)振蕩持續(xù)的時間來測量電子的遷移率；振蕩時間越長，電子遷移率越高。
最后，結(jié)果表明，研究人員確實(shí)可以通過對納米線施加拉伸應(yīng)變來提高納米線的電子遷移率。
測量到未應(yīng)變納米線和塊狀 GaAs 的相對遷移率增加約為 30%。研究人員認(rèn)為，他們可以在具有更大晶格失配的材料中實(shí)現(xiàn)更顯著的增加。
總而言之，研究人員希望他們的發(fā)現(xiàn)可以應(yīng)用于未來的晶體管設(shè)計(jì)，從而顯著提高設(shè)備速度和功耗。
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