(PhysOrg.com) -- La produzione su scala nanometrica ha fatto molta strada dalle visioni di Feynman sulla nanotecnologia più di 50 anni fa. Da allora, studi hanno dimostrato come le strutture a bassa dimensionalità, come nanofili e punti quantici, hanno proprietà uniche che possono migliorare le prestazioni di una varietà di dispositivi. Nell'ultimo studio in questo settore, i ricercatori hanno fabbricato transistor realizzati con nanofili di silicio eccezionalmente sottili che mostrano prestazioni elevate a causa degli effetti di confinamento quantistico nei nanofili.

Il team di ricercatori, Krutarth Trivedi, Hyungsang Yuk, Herman Carlo Floresca, Luna J. Kim, e Walter Hu, dell'Università del Texas a Dallas, ha pubblicato il loro studio in un recente numero di Nano lettere .

Nel loro studio, i ricercatori hanno fabbricato litograficamente nanofili di silicio con diametri di appena 3-5 nanometri. Con un diametro così piccolo, i nanofili sperimentano effetti di confinamento quantistico che fanno sì che le proprietà dei nanofili cambino rispetto ai loro valori di massa. Nello specifico, i transistor realizzati con i sottili nanofili hanno migliorato la mobilità dei fori, guidare la corrente, e densità di corrente – proprietà che fanno funzionare i transistor in modo più rapido ed efficiente. Le prestazioni dei transistor superano persino i transistor a nanofili di silicio recentemente riportati che utilizzano il doping per migliorare le loro prestazioni.

“Il significato di questa ricerca è che abbiamo dimostrato che l'aumento del grado di confinamento quantistico del canale di silicio determina un aumento della mobilità del vettore, ” Hu ha detto PhysOrg.com . "Forniamo prove sperimentali dell'elevata mobilità del foro simulata teoricamente di nanofili di circa 3 nm di diametro".

All'inizio, può sembrare controintuitivo che un filo più piccolo possa avere una mobilità maggiore rispetto a un filo più grande. Ma come spiegano i ricercatori, gli effetti di confinamento quantistico aumentano la mobilità dei portatori nel filo confinando i fori (che contribuiscono alla corrente) a un intervallo di energia più uniforme di quello che hanno nel silicio sfuso. Mentre nel silicio sfuso, fori ad ampia distribuzione energetica contribuiscono alla corrente, nei minuscoli nanofili, l'energia dei fori ha una distribuzione molto più stretta. Avere buchi con energia simile, e quindi massa, riduce gli effetti di dispersione del vettore nei nanofili, che a sua volta migliora la mobilità e la densità di corrente. Confrontando le prestazioni di minuscoli nanofili con nanocinture fabbricate in modo simile, in cui è confinata solo la dimensione dello spessore, i ricercatori mostrano anche che l'aumento del grado di confinamento quantistico del canale si traduce in una maggiore mobilità del vettore.

Come notano i ricercatori, fabbricare i transistor a nanofili di silicio sub-5 nanometri ad alte prestazioni è relativamente semplice rispetto ad altri metodi di fabbricazione di nanofili, che utilizzano metodi bottom-up e giunzioni drogate o drogaggio di canale. Un'applicazione che i ricercatori intendono perseguire sta utilizzando i nanofili per rendere poco costoso, biosensori ultrasensibili, poiché la sensibilità del biosensore aumenta al diminuire del diametro del nanofilo.

“Come richiesto dal nostro finanziamento (NSF Career Award), il nostro piano immediato è quello di esplorare il biosensore delle proteine ​​con questi tipi di minuscoli transistor a nanofili, "Ha detto Hu. “Riteniamo che nanocavi di diametro così ridotto con prestazioni elevate intrinseche possano avere un impatto importante sul biosensore, poiché ci si aspetta che forniscano la massima sensibilità fino a una singola molecola con un migliore rapporto segnale-rumore”.

Oltre al biosensore, i nuovi transistor ad alte prestazioni potrebbero avere un impatto sullo scaling CMOS, che sta diventando sempre più difficile. I ricercatori sono attualmente alla ricerca di finanziamenti per esplorare quest'area.

"Questi transistor possono avere un impatto sul ridimensionamento CMOS a causa del fatto che le prestazioni aumentano effettivamente con la diminuzione del diametro, "Ha detto Hu. “Si potrebbero realizzare matrici di transistor a nanofili con minuscoli nanofili per ottenere prestazioni elevate senza richiedere nuove tecniche di elaborazione. Infatti, la lavorazione può anche essere semplificata rispetto alle tecniche attuali, poiché i nostri transistor a nanofili non utilizzano giunzioni complementari altamente drogate per source/drain; l'eliminazione di giunzioni altamente drogate allevia molti degli attuali problemi nel ridimensionare le tecniche di elaborazione CMOS su scala nanometrica.

“In generale, il mio punto di vista personale è che il silicio ha ancora molto potenziale per la nanoelettronica, e l'industria potrebbe prendere in considerazione la possibilità di sostenere la ricerca sui nanofili di silicio o sui dispositivi a filo quantistico e sulle nuove architetture per liberare completamente il potenziale del silicio. Tutti stanno studiando il grafene, che è un ottimo materiale ovviamente, ma potremmo non voler ignorare il potenziale del silicio, poiché dimostriamo che la mobilità effettiva delle buche può essere superiore a 1200. "

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