Teknologi transistor baru tidak memerlukan doping semikonduktor – menawarkan keuntungan yang menentukan untuk mengendalikan dan membaca chip kuantum.
Komponen elektronik yang lebih kecil menjadi, semakin kompleks pembuatannya. Ini telah menjadi masalah utama bagi industri chip selama bertahun -tahun. Di Tu Wien, para peneliti kini telah berhasil untuk pertama kalinya dalam memproduksi transistor silikon-germanium (SIGE) menggunakan pendekatan alternatif yang tidak hanya akan memungkinkan dimensi yang lebih kecil di masa depan, tetapi juga akan lebih cepat, membutuhkan lebih sedikit energi dan fungsi pada suhu yang sangat rendah, yang penting untuk chip kuantum.
Trik kuncinya terletak pada lapisan oksida yang mengisolasi semikonduktor: ia didoping dan menghasilkan efek jarak jauh yang meluas ke semikonduktor. Teknologi ini dikembangkan oleh Tu Wien (Wina), JKU Linz dan Bergakademie Freiberg.
Doping: kontaminasi dengan desain
Komponen elektronik sebelumnya didasarkan pada bahan semikonduktor yang didoping. Unsur -unsur seperti silikon atau germanium digunakan, dan kemudian sejumlah kecil atom asing ditambahkan dengan cara yang ditargetkan. Alih -alih kristal murni dan biasa, hasilnya adalah kristal di mana atom asing diendapkan di lokasi acak. Ini benar -benar mengubah sifat elektronik material: keberadaan atom asing, yang dikenal sebagai 'doping', mengubah mobilitas partikel bermuatan listrik dan dengan demikian konduktivitas listrik bahan. Proses ini, yang telah terus dioptimalkan selama beberapa dekade, adalah salah satu landasan mikroelektronika modern.
“Namun, dengan komponen dalam kisaran nanometer, metode ini semakin mencapai batasnya,” jelas Andreas Fuchsberger, penulis utama studi baru dari Institute of Solid State Electronics di Tu Wien. “Semakin kecil transistor, semakin besar efek fluktuasi acak dalam doping. Karena mikroelektronika didasarkan pada interkoneksi jutaan ke miliaran transistor, ini mengarah pada tantangan yang semakin besar.”
Sensitivitas suhu juga menjadi masalah: komponen elektronik tidak boleh menjadi terlalu panas, tetapi suhu yang terlalu dingin juga buruk karena pembawa muatan tidak dapat lagi bergerak dengan cukup baik. Ini sangat penting dalam aplikasi komputer kuantum, misalnya, di mana bit kuantum, yang sering harus didinginkan hingga nol hampir absolut, harus dikombinasikan dengan transistor elektronik klasik untuk mengontrol dan membacanya, yang kemudian juga menjadi sangat dingin.
Kristal bersih ditutupi dengan lapisan oksida yang didoping
“Solusi kami untuk masalah ini adalah bentuk baru doping – yang dikenal sebagai doping akseptor modulasi. Ini melibatkan penyesuaian sifat -sifat semikonduktor dengan kopling jarak jauh,” kata Prof. Walter Weber, yang mengepalai kelompok penelitian untuk komponen nanoelektronik di TU Wien. Alih -alih mendoping kristal semikonduktor itu sendiri, lapisan oksida yang mengisolasi bahan semikonduktor didoping. “Ini memungkinkan lapisan oksida untuk meningkatkan konduktivitas semikonduktor tanpa harus memasukkan atom asing ke dalam kristal itu sendiri,” jelas Weber. Mirip dengan bagaimana magnet dapat bertindak melalui bahan lain, perubahan lapisan oksida juga dapat memiliki efek jarak jauh pada bahan semikonduktor, bahkan jika bahan ini sendiri tidak didoping.
Eksperimen dengan doping akseptor modulasi ini (MAD) telah dilakukan dalam apa yang disebut semikonduktor senyawa kelompok III-V dan dalam silikon, kelompok penelitian di Tu Wien, yang bekerja sama dengan Bergakademie Freiberg dan Johannes Kepler Silicon, adalah yang pertama kali menunjukkan efek ini pada pengaruh yang penting ini pada semikonduktor yang penting ini pada semikon-fungsi yang penting ini pada semikon-fungsi yang berhasil dengan berhasil semikon. jalan.
Ini sangat relevan dengan industri, karena upaya sedang dilakukan untuk terus meningkatkan konten GE dalam transistor untuk mencapai waktu switching yang lebih cepat dan konsumsi daya yang lebih rendah. Dalam chip kuantum, informasi kuantum juga dapat diproses lebih cepat dan dengan kehilangan energi yang lebih rendah. Hasil pengukuran sangat menjanjikan: “Kami dapat menunjukkan bahwa teknologi MAD memiliki lebih dari 4000 kali konduktivitas lebih tinggi, peningkatan perilaku sakelar dan konsumsi energi yang lebih rendah,” kata Dr Masiar Sistani. “Ini bisa membuka jalan bagi generasi baru nanotransistor serbaguna.”
Cocok untuk chip kuantum
Teknologi baru ini juga sangat menarik untuk chip kuantum: “Relevansi teknologi kuantum bertambah. Namun, mereka masih membutuhkan elektronik klasik, misalnya untuk mengendalikan atau membacakan sistem kuantum. Ini berarti bahwa transistor konvensional harus bekerja dalam jarak yang sangat dekat dengan komponen kuantum yang sangat dingin,” kata Dr Sistani. “Di sinilah teknologi doping konvensional sering gagal – ini disebut sebagai 'membekukan' pembawa muatan. Teknologi kami menghindari masalah ini. Doping lapisan oksida tetap efektif bahkan pada suhu yang sangat rendah.”
Hasilnya sekarang telah diterbitkan dalam jurnal IEEE Electron Device Letters dan dipilih sebagai pick editor di sampul edisi Agustus.
Publikasi asli
A. Fuchsberger et al., Transistor Efek Lapangan Sige Schottky Modulasi-Akseptor, Letter Efek Elektron IEEE 46/8 (2025).
