(PhysOrg.com) -- Les fabricants de puces électroniques ont longtemps été confrontés à des défis de miniaturisation des transistors, les composants actifs clés de presque tous les appareils électroniques modernes, qui sont utilisés pour amplifier ou commuter des signaux électroniques.

Maintenant, chercheurs de l'École d'ingénierie et de sciences appliquées UCLA Henry Samueli, L'Université Purdue et IBM ont réussi à développer des nanofils semi-conducteurs en silicium-germanium pour une utilisation potentielle dans les transistors de nouvelle génération.

Ces nanofils — qui mesurent de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres de diamètre et jusqu'à plusieurs millimètres de longueur — pourraient aider à accélérer le développement de plus petits, électronique plus rapide et plus puissante, selon le co-auteur de l'étude Suneel Kodambaka, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'UCLA.

La recherche de l'équipe apparaît dans le numéro du 27 novembre de la revue Science .

"Nous sommes excités pour deux raisons, " a déclaré Françoise Ross, directeur du département d'analyse des matériaux à l'échelle nanométrique d'IBM et auteur correspondant de l'étude. "L'une est que nous avons étendu nos connaissances sur la physique fondamentale du processus par lequel les nanofils se développent. L'autre est la perspective améliorée d'utiliser des nanofils dans des dispositifs électroniques haute performance."

"Les nanofils sont si petits que vous pouvez les placer dans pratiquement n'importe quoi, " dit Kodambaka. " En raison de leur petite taille, ils sont capables d'avoir des propriétés nettement différentes, par rapport à leurs homologues en vrac.

L'équipe a montré qu'elle pouvait créer des nanofils avec des couches de différents matériaux, spécifiquement le silicium et le germanium, qui étaient sans défaut et atomiquement tranchants à la jonction - des exigences critiques pour fabriquer des transistors efficaces à partir des minuscules structures. Le "plus pointu" le
interface entre les couches de matériau — dans ce cas, un seul atome, ou près d'un atome, épais - meilleures sont les propriétés électroniques.

"Nous pensons que cette étude est importante car elle apporte une solution au problème de croissance des interfaces pointues dans les nanofils, abordant ainsi une limitation importante de la croissance des nanofils, " dit Ross.

Selon Kodambaka, les nanostructures silicium-germanium ont également des applications thermoélectriques, dans lequel la chaleur est convertie en électricité.

"Le Jet Propulsion Laboratory utilise des gros morceaux de silicium-germanium pour alimenter leurs satellites, et maintenant, il y a beaucoup d'intérêt à utiliser une technologie similaire dans les automobiles. Ces nanofils ont un grand potentiel dans tous les domaines impliquant l'électronique, " a déclaré Kodambaka.

Pour faire croître les nanofils de silicium-germanium, de minuscules particules d'un alliage or-aluminium sont d'abord chauffées à des températures supérieures à 370 degrés Celsius et fondues à l'intérieur d'une chambre à vide. Un gaz contenant du silicium est alors introduit dans la chambre, provoquant la précipitation du silicium et la formation de fils sous les gouttelettes. Un gaz contenant du germanium est utilisé pour former les fils de germanium.

"Pensez-y comme de la glace qui pousse à partir de la vapeur d'eau ou à la formation de cristaux de glace pendant une tempête de neige. Vous pouvez obtenir des forêts de câbles de glace dans les bonnes conditions au lieu d'obtenir des flocons de neige ou des films plats de grésil, " dit Kodambaka. " Mais au lieu de la vapeur d'eau, nous avons introduit de la vapeur de silicium pour obtenir le fil de silicium."

"Le défi était de créer une interface vraiment nette entre le silicium et le germanium dans chaque fil, " a déclaré Kodambaka. " Nous avons donc refroidi les gouttelettes de liquide jusqu'à ce qu'elles se solidifient. Cela nous a permis de nous débarrasser de l'excès de silicium dans l'alliage. Puis, des segments de fil de germanium pourraient être développés sur le silicium avec l'introduction de vapeur de germanium, et des interfaces nettes formées."

La prochaine étape pour l'équipe consiste à faire croître les mêmes structures sur de plus grandes surfaces dans un réacteur de croissance conventionnel plutôt que dans une zone minuscule sous le microscope.

"Cela permettra à mes collègues d'IBM de transformer les fils en appareils et de mesurer leurs propriétés électroniques, " dit Ross. " Bien sûr, nous espérons que les propriétés sont améliorées, par rapport aux nanofils conventionnels ; et si ça marche, nous examinerons de nouveaux appareils et testerons différents alliages métalliques pour déterminer lequel est le mieux adapté à la fabrication d'appareils."

Source :Université de Californie - Los Angeles