Oksidit tekevät transistoreista pienempiä ja nopeampia

Tavanomaiset puolijohdemateriaalit korvataan oksidikiteillä

Mikroskooppikuva oksidekerrosnäytteestä © Augsburgin yliopisto
lukea ääneen

Mikroelektroniikan komponentit ovat pienempiä ja tehokkaampia. Tavallisiin yhteisiin puolijohteisiin perustuvat transistorit saavuttavat kuitenkin pian pienentämisen rajat. Viimeisimmässä Science Express -numerossa fyysikot esittelivät nyt uudenlaisen transistorin, joka ei ole tehty piistä tai galium-arsenidistä, mutta koostuu oksideista. Ne voivat sallia vielä suuremman leikkauksen.

Fyysikot Elektroniikkakorrelaatioiden ja Magnetismin keskuksessa (EKM), Augsburgin yliopiston tutkimuskeskuksessa 484 "Yhteistoiminnalliset ilmiöt kiinteässä tilassa" ja Penn State University, Pennsylvania (USA) osoittavat, että erityisen nopeat transistorit, ns. Korkeaelektroninen liikkuvuus Transistorit (HEMT), jotka on yleensä valmistettu tavallisista puolijohteista, kuten piistä tai gallium-arsenidistä, voidaan myös toteuttaa oksideilla. Oksidien suurena etuna puolijohteista on, että oksidit voidaan valmistaa materiaaliominaisuuksilla, kuten erityisen suurella elektronien tiheydellä, jota ei voida saavuttaa puolijohteilla.

Jos yhdistetään kaksi kerrosta erilaisia ​​oksideja, ne voivat muodostaa kiekkojen ohut rajakerroksen, joka koostuu elektronikaasupilvestä. Tässä rajakerroksessa, joka on vain kaksi nanometriä paksu, elektronit ovat kvanttilassa, joka estää kerrosten kanssa kohtisuoran liikkeen. Seurauksena on, että virta voi virrata sinne vain kerrosten kanssa. Elektronit muodostavat siten kaksiulotteisen elektronikaasun. Siksi he ovat erittäin ketteriä ja nopeita.

Augsburgin fyysikot ovat nyt tutkineet tällaisen rajakerroksen oksidien strontiumtitanaatin ja lantaaniumaluminaatin välillä. Tätä tarkoitusta varten he tuottivat kaksoiskerroksia näistä oksideista suuritehoisella laserilla, jonka paksuus voitiin asettaa tarkalleen atomitasolle. Tutkijat havaitsivat, että elektronikaasun johtavuus muuttuu dramaattisesti ylemmän oksidikerroksen (lantanumaluminaatin) paksuuden kanssa. Sen jälkeen kun tutkijat olivat levittäneet yhden, kaksi tai kolme lantaaniumaluminaattikidekerrosta, muodostui erittäin eristävä rajakerros. Kiteinen kerros on vain 0, 4 nanometriä paksu. Kuitenkin, jos lantaaniumaluminaattikerrosten paksuus on vähintään neljä kidekerrosta, rajakerroksesta tulee äkillisesti johtava, mutta silloin erittäin hyvä.

Kuten tutkijat ehdottavat, tämä epätavallinen käyttäytyminen on loistava tapa rakentaa HEMT-pisteitä. Koska kiteissä oleva kolmen kerroksen elektronikaasu on eristävästi, mutta siitä huolimatta melkein johtava, se voidaan helposti kytkeä johtavaan tilaan sähköjännitteellä, joka kohdistetaan kohtisuoraan rajapintaan. Siten koko järjestelyä voidaan käyttää transistorina ja siten toimia vahvistimena ja sähkövirtojen kytkimenä. näyttö

Fyysikot pystyivät siten osoittamaan, että korkean elektronin liikkuvuustransistorit eivät toimi vain tavanomaisten puolijohdemateriaalien, kuten gallium-arsenidin, kanssa, vaan myös oksidejen kanssa. HEMT-oksidioksidit tarjoavat täysin uusia perspektiivejä pienentämiselle, koska kerrosten välisessä rajakerroksessa on enemmän elektroneja ja siirtymistä johtavaan tilaan tehostaa ns. Kvanttifaasimuutos.

"Kokemuksillamme haluamme avata uusia näkökulmia oksidielektroniikassa", sanoo professori Jochen Mannhart, Augsburgin yliopiston kokeellisen fysiikan VI osaston päällikkö. "Se voi myös mahdollistaa mikroelektroniikan transistorien tekemisen entistäkin pienemmiksi ja tehokkaammiksi."

(Augsburgin yliopisto, 01.09.2006 - NPO)