Oggi, una miriade di transistor al silicio sono responsabili di trasmettere le informazioni su un microchip. I transistor sono disposti in un array planare, cioè sdraiati uno accanto all'altro, e si sono già ridotti a una dimensione di soli 50 nanometri. L'ulteriore miniaturizzazione dei transistor con una struttura planare finirà presto a causa di limiti fisici fondamentali. Ancora, sono desiderabili transistor ancora più piccoli per migliorare continuamente le loro funzioni riducendo il costo dell'elettronica.

Attualmente, i ricercatori stanno lavorando duramente per trovare nuovi approcci per superare i limiti fisici del downscaling e dell'integrazione dei microchip. Uno di questi concetti è quello di fabbricare un'architettura di transistor completamente nuova in tre dimensioni. In questo concetto, invece di disporli piatti sul substrato, i transistor al silicio sono ruotati di 90 gradi in modo che sporgano dal substrato del chip come minuscole colonne. In questo modo, numerosi transistor verticali potrebbero essere costruiti sull'area normalmente occupata da un solo transistor planare. Questo sarebbe finalmente il passaggio dalla micro alla nanoelettronica.

La fabbricazione di array verticali di nanofili di silicio è già stata segnalata. Tuttavia, è necessaria una ricerca più approfondita sulle proprietà elettriche dei nanofili di silicio per poter costruire transistor affidabili per una nuova generazione di microchip. A differenza dei transistor convenzionali, il flusso di corrente in questi transistor a colonna sarà verticale, e saranno più piccoli e più a risparmio energetico di oggi. Ultimo, ma non per importanza, ci sono grandi speranze di fabbricare celle solari estremamente efficienti utilizzando nanofili di silicio.

I ricercatori Max Planck di Halle producono nanofili di silicio monocristallino particolarmente adatti come componenti per microchip. Al centro del fascio ionico dell'FZD, atomi estranei noti come "dopanti" vengono impiantati nei nanofili. I droganti occupano siti reticolari del semiconduttore ospite aumentando la conduttività elettrica e il flusso di corrente attraverso il semiconduttore. L'impianto selettivo di diversi droganti può cambiare la polarità dei portatori di carica in un transistor portando alla commutazione del flusso di corrente. La tecnologia del silicio planare è ben sviluppata; però, questo non è vero per le nanostrutture di silicio. "Primo, abbiamo analizzato fili con un diametro di 100 nanometri e 300 nanometri di lunghezza. Ma ciò a cui miriamo sono fili con un diametro di pochi atomi, così come i fili in cui i singoli atomi sono legati insieme. Intendiamo caratterizzare da vicino il loro comportamento nei materiali e vogliamo scoprire come le loro proprietà elettriche possono essere adattate per l'applicazione nella nanoelettronica, per esempio. per i nuovi transistor ad effetto di campo, ” affermano i fisici FZD Dr. Reinhard Koegler e Dr. Xin Ou.

I nanofili sono stati studiati a Rossendorf utilizzando una tecnica (Scanning Spreading Resistance Microscopy, SSRM) che di solito misura la resistività elettrica dipendente dalla posizione in una sezione trasversale bidimensionale appositamente preparata del nanofilo. La resistività è correlata alla concentrazione atomica dei droganti. Nel lavoro attuale, i ricercatori hanno scoperto che i droganti in un nanofilo di silicio, vale a dire boro e forforo, non rimanere dove sono attesi, ma vanno alla superficie del nanofilo dove diventano parzialmente inattivi e non possono più contribuire alla conduttività elettrica. Finora gli scienziati non disponevano di una tecnica adeguata per visualizzare e quantificare le conseguenze di una distribuzione ineguale di droganti su scala nanometrica. I progettisti di chip devono prestare attenzione ai nuovi risultati se in futuro i nanofili devono essere applicati ai transistor verticali.