(PhysOrg.com) -- La fabrication à l'échelle nanométrique a parcouru un long chemin depuis les visions de Feynman sur la nanotechnologie il y a plus de 50 ans. Depuis, des études ont démontré comment les structures de faible dimension, tels que les nanofils et les points quantiques, ont des propriétés uniques qui peuvent améliorer les performances d'une variété d'appareils. Dans la dernière étude dans ce domaine, les chercheurs ont fabriqué des transistors fabriqués avec des nanofils de silicium exceptionnellement minces qui présentent des performances élevées en raison des effets de confinement quantique dans les nanofils.

L'équipe de chercheurs, Krutarth Trivedi, Hyungsang Yuk, Herman Carlo Floresca, Lune J. Kim, et Walter Hu, de l'Université du Texas à Dallas, a publié son étude dans un récent numéro de Lettres nano .

Dans leur étude, les chercheurs ont fabriqué par lithographie des nanofils de silicium d'un diamètre de seulement 3 à 5 nanomètres. Avec un diamètre aussi petit, les nanofils subissent des effets de confinement quantique qui modifient les propriétés des nanofils par rapport à leurs valeurs apparentes. Spécifiquement, les transistors fabriqués avec les nanofils minces ont une mobilité des trous améliorée, courant d'entraînement, et densité de courant – propriétés qui font que les transistors fonctionnent plus rapidement et plus efficacement. Les performances des transistors dépassent même les transistors à nanofils de silicium récemment rapportés qui utilisent le dopage pour améliorer leurs performances.

« L'importance de cette recherche est que nous avons démontré que l'augmentation du degré de confinement quantique du canal de silicium entraîne une augmentation de la mobilité des porteurs, " Hu a dit PhysOrg.com . "Nous fournissons une preuve expérimentale de la mobilité élevée des trous théoriquement simulée de nanofils d'environ 3 nm de diamètre."

En premier, il peut sembler contre-intuitif qu'un fil plus petit puisse avoir une mobilité plus élevée qu'un fil plus gros. Mais comme l'expliquent les chercheurs, les effets de confinement quantique augmentent la mobilité des porteurs dans le fil en confinant les trous (qui contribuent au courant) à une plage d'énergie plus uniforme que dans le silicium massif. Alors que dans le silicium massif, des trous ayant une large distribution d'énergie contribuent au courant, dans les minuscules nanofils, l'énergie des trous a une distribution beaucoup plus étroite. Avoir des trous avec une énergie similaire, et donc la masse, réduit les effets de diffusion des porteurs dans les nanofils, ce qui à son tour améliore la mobilité et la densité de courant. En comparant les performances de minuscules nanofils à des nanoceintures fabriquées de manière similaire, dans lequel seule la dimension d'épaisseur est confinée, les chercheurs montrent également que l'augmentation du degré de confinement quantique du canal entraîne une plus grande mobilité des porteurs.

Comme le notent les chercheurs, la fabrication des transistors à nanofils de silicium sub-5 nanomètres à hautes performances est relativement simple par rapport à d'autres procédés de fabrication de nanofils, qui utilisent des méthodes ascendantes et des jonctions dopées ou dopage de canaux. Une application que les chercheurs envisagent de poursuivre consiste à utiliser les nanofils pour fabriquer des produits peu coûteux, biocapteurs ultrasensibles, puisque la sensibilité du biocapteur augmente à mesure que le diamètre du nanofil diminue.

"Comme requis par notre financement (NSF Career Award), notre plan immédiat est d'explorer la biodétection de protéines avec ces types de minuscules transistors à nanofils, ", a déclaré Hu. « Nous pensons que de tels nanofils de petit diamètre avec des performances intrinsèques élevées peuvent avoir un impact majeur sur la biodétection, car ils devraient fournir une sensibilité ultime jusqu'à une seule molécule avec un meilleur rapport signal/bruit.

En plus de la biodétection, les nouveaux transistors hautes performances pourraient avoir un impact sur la mise à l'échelle CMOS, qui devient de plus en plus difficile. Les chercheurs sont actuellement à la recherche de financement afin d'explorer ce domaine.

"Ces transistors peuvent avoir un impact sur la mise à l'échelle CMOS en raison du fait que les performances augmentent en fait avec la diminution du diamètre, ", a déclaré Hu. « Des réseaux de transistors à nanofils avec de minuscules nanofils pourraient être fabriqués pour obtenir des performances élevées sans nécessiter de nouvelles techniques de traitement. En réalité, le traitement peut même être simplifié par rapport aux techniques actuelles, que nos transistors nanofils n'utilisent pas de jonctions complémentaires fortement dopées pour la source/drain; l'élimination des jonctions fortement dopées atténue bon nombre des problèmes actuels liés à la réduction des techniques de traitement CMOS à l'échelle nanométrique.

« En gros, mon point de vue personnel est que le silicium a encore beaucoup de potentiel pour la nanoélectronique, et l'industrie pourrait envisager de soutenir la recherche sur les dispositifs à nanofils de silicium ou à fils quantiques et sur de nouvelles architectures pour libérer pleinement le potentiel du silicium. Tout le monde fait des recherches sur le graphène, qui est un excellent matériel bien sûr, mais nous ne voulons peut-être pas ignorer le potentiel du silicium, car nous montrons que la mobilité effective des trous peut être supérieure à 1200. »

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