(PhysOrg.com) -- I produttori di microchip hanno a lungo affrontato sfide nella miniaturizzazione dei transistor, i principali componenti attivi in ​​quasi tutti i moderni dispositivi elettronici, utilizzati per amplificare o commutare segnali elettronici.

Ora, ricercatori della UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, La Purdue University e IBM hanno coltivato con successo nanofili semiconduttori di silicio-germanio per un potenziale utilizzo nei transistor di prossima generazione.

Questi nanofili, che misurano da poche decine a poche centinaia di nanometri di diametro e fino a diversi millimetri di lunghezza, potrebbero aiutare ad accelerare lo sviluppo di piccoli, elettronica più veloce e potente, secondo il coautore dello studio Suneel Kodambaka, un professore UCLA di scienza e ingegneria dei materiali.

La ricerca del team appare nel numero del 27 novembre della rivista Scienza .

"Siamo entusiasti per due motivi, "ha detto Francesca Ross, responsabile del dipartimento di analisi dei materiali su scala nanometrica di IBM e corrispondente autore dello studio. "Uno è che abbiamo ampliato la nostra conoscenza della fisica fondamentale del processo attraverso il quale crescono i nanofili. L'altro è la migliore prospettiva di utilizzare i nanofili in dispositivi elettronici ad alte prestazioni".

"I nanofili sono così piccoli che puoi posizionarli praticamente in qualsiasi cosa, " ha detto Kodambaka. "A causa delle loro piccole dimensioni, sono in grado di avere proprietà nettamente diverse, rispetto ai loro omologhi di massa."

Il team ha dimostrato di poter creare nanofili con strati di materiali diversi, in particolare silicio e germanio, che erano privi di difetti e atomicamente affilati alla giunzione, requisiti critici per realizzare transistor efficienti con le minuscole strutture. Il "più nitido" il
interfaccia tra gli strati di materiale - in questo caso, solo un atomo, o vicino a un atomo, di spessore — migliori sono le proprietà elettroniche.

"Pensiamo che questo studio sia significativo perché fornisce una soluzione al problema della crescita di interfacce affilate nei nanofili, affrontando così un'importante limitazione nella crescita dei nanofili, " ha detto Rossi.

Secondo Kodambaka, le nanostrutture silicio-germanio hanno anche applicazioni termoelettriche, in cui il calore viene convertito in energia elettrica.

"Il Jet Propulsion Laboratory utilizza grossi pezzi di silicio-germanio per alimentare i suoi satelliti, e ora c'è molto interesse nell'usare una tecnologia simile nelle automobili. Questi nanofili hanno un grande potenziale in qualsiasi area che coinvolga l'elettronica, " ha detto Kodambaka.

Per far crescere i nanofili di silicio-germanio, minuscole particelle di una lega oro-alluminio vengono prima riscaldate a temperature superiori a 370 gradi Celsius e fuse all'interno di una camera a vuoto. Nella camera viene quindi introdotto un gas contenente silicio, provocando la precipitazione del silicio e la formazione di fili sotto le goccioline. Un gas contenente germanio viene utilizzato per formare i fili di germanio.

"Pensalo come il ghiaccio che cresce dal vapore acqueo o la formazione di cristalli di ghiaccio durante una tempesta di neve. Puoi ottenere foreste di fili di ghiaccio nelle giuste condizioni invece di ottenere fiocchi di neve o pellicole piatte di nevischio, " disse Kodambaka. "Ma invece del vapore acqueo, abbiamo introdotto il vapore di silicio per ottenere il filo di silicio."

"La sfida era creare un'interfaccia davvero nitida tra il silicio e il germanio in ogni filo, " Ha detto Kodambaka. "Così abbiamo raffreddato le goccioline liquide fino a quando non si sono solidificate. Questo ci ha permesso di eliminare l'eccesso di silicio nella lega. Quindi, segmenti di filo di germanio potrebbero essere cresciuti sul silicio con l'introduzione di vapore di germanio, e si sono formate interfacce nitide."

Il prossimo passo per il team è far crescere le stesse strutture su aree più grandi in un reattore di crescita convenzionale piuttosto che in un'area minuscola al microscopio.

"Ciò consentirà ai miei colleghi di IBM di elaborare i cavi in ​​dispositivi e misurare le loro proprietà elettroniche, " disse Ross. "Certo, speriamo che le proprietà siano migliorate, rispetto ai nanofili convenzionali; e se funziona, esamineremo nuovi dispositivi e proveremo diverse leghe metalliche per determinare quale sia la migliore per realizzare dispositivi".

Fonte:Università della California - Los Angeles