De nos jours, une myriade de transistors au silicium sont chargés de transmettre l'information sur une puce électronique. Les transistors sont disposés en réseau planaire, c'est-à-dire couchés à plat l'un à côté de l'autre, et ont déjà rétréci à une taille de seulement environ 50 nanomètres. La poursuite de la miniaturisation des transistors à structure plane prendra bientôt fin en raison des limites physiques fondamentales. Toujours, des transistors encore plus petits sont souhaitables afin d'améliorer continuellement leurs fonctions tout en réduisant le coût de l'électronique.

Actuellement, les chercheurs travaillent dur pour trouver de nouvelles approches pour surmonter les limites physiques de la réduction d'échelle et de l'intégration des micropuces. L'un de ces concepts consiste à fabriquer une toute nouvelle architecture de transistors en trois dimensions. Dans cette conception, au lieu de les disposer à plat sur le substrat, les transistors en silicium sont tournés de 90 degrés de sorte qu'ils dépassent du substrat de la puce comme de minuscules colonnes. De cette façon, de nombreux transistors verticaux pourraient être construits sur la zone normalement occupée par un seul transistor planaire. Ce serait enfin le passage de la micro à la nanoélectronique.

La fabrication de réseaux verticaux de nanofils de silicium a déjà été rapportée. Pourtant, il faut une recherche plus approfondie sur les propriétés électriques des nanofils de silicium afin de pouvoir construire des transistors fiables pour une nouvelle génération de micropuces. Contrairement aux transistors conventionnels, le flux de courant dans ces transistors en forme de colonne sera vertical, et ils seront plus petits et plus économes en énergie qu'aujourd'hui. Enfin et surtout, il existe de grands espoirs de fabriquer des cellules solaires extrêmement efficaces à l'aide de nanofils de silicium.

Les chercheurs de Max Planck à Halle produisent des nanofils de silicium monocristallin qui sont particulièrement adaptés comme composants de micropuces. Au centre du faisceau d'ions du FZD, des atomes étrangers appelés « dopants » sont implantés dans les nanofils. Les dopants occupent des sites de réseau du semi-conducteur hôte augmentant la conductivité électrique et le flux de courant à travers le semi-conducteur. L'implantation sélective de différents dopants peut changer la polarité des porteurs de charge dans un transistor conduisant à la commutation du flux de courant. La technologie du silicium planaire est bien développée; cependant, ce n'est pas vrai pour les nanostructures de silicium. "D'abord, nous avons analysé des fils d'un diamètre de 100 nanomètres et de 300 nanomètres de longueur. Mais ce que nous visons, ce sont des fils d'un diamètre de quelques atomes seulement, ainsi que des fils où des atomes individuels sont enfilés ensemble. Nous avons l'intention de caractériser étroitement leur comportement dans les matériaux et voulons découvrir comment leurs propriétés électriques peuvent être adaptées pour une application en nanoélectronique, par exemple. pour les nouveaux transistors à effet de champ, », déclarent les physiciens de FZD, le Dr Reinhard Koegler et le Dr Xin Ou.

Les nanofils ont été étudiés à Rossendorf en utilisant une technique (Scanning Spreading Resistance Microscopy, SSRM) qui mesure généralement la résistivité électrique dépendante de la position dans une section transversale bidimensionnelle spécialement préparée du nanofil. La résistivité est liée à la concentration atomique des dopants. Dans les travaux en cours, les chercheurs ont découvert que les dopants dans un nanofil de silicium, à savoir le bore et le phosphore, ne restez pas là où ils sont attendus, mais dérivent vers la surface du nanofil où ils deviennent partiellement inactifs et ne peuvent plus contribuer à la conductivité électrique. Jusqu'à présent, les scientifiques manquaient d'une technique appropriée pour visualiser et quantifier les conséquences d'une distribution inégale des dopants à l'échelle nanométrique. Les concepteurs de puces doivent prêter attention aux nouveaux résultats si les nanofils doivent être appliqués pour les transistors verticaux à l'avenir.