Ученые разработали возможность сочетать несочетаемое в микросхемах

Новый подход к интегральным микросхемам, предполагающий комбинирование атомов полупроводников в нанопровода и структуры на кремниевых поверхностях, кажется перспективным для создания нового поколения скоростных и эффективных электронных и фотонных устройств.

Инженеры из Калифорнийского университета в Дэвисе недавно с помощью нового метода продемонстрировали трехмерные нанопроводные транзисторы, которые открывают захватывающие возможности интегрирования других полупроводников, таких как нитрид галлия, на кремниевых основах.

«Кремний не способен сделать все на свете», отметил профессор Саиф Ислам. Микросхемы, основанные на традиционном легированном кремнии, достигли предела размера, что ограничивает скорость операции и плотность интеграции. Кроме того, обычные кремниевые микросхемы не могут функционировать при температурах свыше 250 градусов по Цельсию, или работать с высоким напряжением, и не применяются в оптике.

Новая технология может использоваться, к примеру, в создании датчиков, способных работать при высоких температурах, например, в двигателях самолетов.

«В обозримом будущем общество будет использовать множество различных датчиков и систем управления, работающих в экстремальной среде, включая автомобили, водный транспорт, самолеты, нефтяные вышки и рудные шахты, ракеты и космические корабли, а также человеческие импланты», сообщил Ислам.

Устройства, состоящие из кремниевых и некремниевых материалов, обеспечивают более высокую скорость и большую эффективность работы. Обычные микросхемы сформированы из легированных слоев кремния и изоляторов, но некремниевые материалы сложно послойно выращивать на кремнии вследствие несовместимости кристаллической структуры и различий в тепловых свойствах.

Вместо этого ученые создали кремниевые подложки с наностолбиками материалов, таких как арсенид галлия, нитрид галлия или фосфид индия, и вырастили крошечные нанопроводные мостики между столбиками.

«Пленки других материалов мы вырастить на кремнии не можем, а вот нанопровода — вполне», заявил Ислам.

Исследователи сумели заставить эти нанопровода работать как транзисторы, и внедрили их в более сложные микросхемы, а также устройства, реагирующие на свет. Они разработали методы, чтобы контролировать количество нанопроводов, их физические свойства и консистенцию.

По словам Ислама, суспендированные структуры обладают своими преимуществами: они легче охлаждаются и лучше переносят высокие температуры, чем плоские структуры. Эта проблема весьма актуальна, когда в транзисторе скомбинированы несоответствующие материалы.

Новая разработка также упрочивает популярную технологию производства кремниевых интегральных микросхем, вместо того, чтобы создавать совершенно новый метод.

Результаты опубликованы в изданиях Advanced Materials, Applied Physics Letters и IEEE Transactions on Nanotechnology.