用納米線技術制造超快晶體管
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。在這些技術中，納米線受到了大量的研究關注。
最近，來自 HZDR 的研究人員宣布，他們已經通過實驗證明了長期以來關于張力下納米線（NanowiresUnder Tension）的理論預測。
在本文中，我們將討論納米線技術和 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構。雖然這似乎是一個微不足道的定義，但該技術可能會對電子產品產生重大影響。
納米線技術的基本吸引力之一是它們表現(xiàn)出強大的電學特性，包括由于其有效的一維結構而產生的高電子遷移率。
這樣做的結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應用于金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，其中一種流行的應用是環(huán)柵 (GAA) FET（場效應晶體管）。
在基于納米線的 GAA FET 中，納米線有助于建立導電通道，而不是平面體硅。
結果是更快的晶體管也不易受短溝道效應的影響。
與碳納米管等競爭技術相比，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)，它具有標準的晶體結構和均勻的電子特性。這種更常見材料的使用為該技術提供了一定程度的可預測性和易于制造性，這對于先進的節(jié)點技術很重要。
正如Nature上的HZDR 論文所述，最近的研究表明，理論上，設計人員可以通過在材料上施加拉伸應變來進一步提高納米線的性能。
理論是，當流體靜力學拉伸應變（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)生調節(jié)。
例如，預計這種應變會將 GaA 的帶隙從 300K 時的 1.42 eV 無應變值縮小到 0.87 eV，減少 40%。
此外，流體靜力拉伸應變 GaA 的能帶結構計算還可以預期電子的有效質量會顯著降低，這意味著更高的電子遷移率。
從本質上講，先前的研究已經通過實驗預測，通過對納米線施加拉伸應變，該設備的性能甚至可以比以前更好。
到目前為止，研究人員只是在數學上探索了這一理論，但在HZDR 團隊的新論文中，該小組通過實驗測試了這一理論。
在實驗中，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歷了不同的晶格間距。
結果是外殼在內核上施加了高拉伸應變，使研究人員能夠實現(xiàn)他們之前理論化的電性能調制。
然后，研究人員使用光學激光脈沖釋放材料內部的電子來測量納米線的電子遷移率，這種技術稱為非接觸式光譜學。
釋放電子后，研究人員對納米線施加后續(xù)的高頻脈沖，導致電子振蕩。然后研究人員可以根據振蕩持續(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，結果表明，研究人員確實可以通過對納米線施加拉伸應變來提高納米線的電子遷移率。
測量到未應變納米線和塊狀 GaAs 的相對遷移率增加約為 30%。研究人員認為，他們可以在具有更大晶格失配的材料中實現(xiàn)更顯著的增加。
總而言之，研究人員希望他們的發(fā)現(xiàn)可以應用于未來的晶體管設計，從而顯著提高設備速度和功耗。
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