Công nghệ chip hiện tại của chúng tôi chủ yếu dựa trên silicon. Chỉ trong các thành phần rất đặc biệt, một lượng nhỏ germanium mới được thêm vào.
Nhưng có những lý do chính đáng để sử dụng hàm lượng gecmani cao hơn trong tương lai: Hợp chất bán dẫn silicon-gecmani có những lợi thế quyết định so với công nghệ silicon ngày nay về hiệu suất năng lượng và tần số xung nhịp có thể đạt được.
>> Tham khảo: Nhà nghiên cứu được ca ngợi vì lời giải tuyệt vời cho câu đố thuật toán từ những năm 1950.
Vấn đề chính ở đây là thiết lập các tiếp xúc giữa kim loại và chất bán dẫn ở cấp độ nano một cách đáng tin cậy. Điều này khó khăn hơn nhiều với tỷ lệ germani cao so với silicon.
Tuy nhiên, nhóm tại TU Wien, cùng với các nhóm nghiên cứu từ Linz và Thun (Thụy Sĩ), hiện đã chỉ ra rằng vấn đề này có thể được giải quyết — với các tiếp điểm làm bằng nhôm kết tinh có chất lượng cực cao và hệ thống lớp silicon germanium tinh vi. Điều này cho phép các thuộc tính tiếp xúc thú vị khác nhau — đặc biệt đối với các thành phần quang điện tử và lượng tử.
Vấn đề với oxy
Masiar Sistani từ Viện Điện tử thể rắn tại TU Wien cho biết: “Mọi lớp bán dẫn đều tự động bị ô nhiễm trong các quy trình thông thường; điều này đơn giản là không thể ngăn chặn được ở cấp độ nguyên tử”.
Đầu tiên và quan trọng nhất, đó là các nguyên tử oxy tích tụ rất nhanh trên bề mặt vật liệu — một lớp oxit được hình thành.
Tuy nhiên, với silicon, đây không phải là vấn đề: silicon luôn tạo thành cùng một loại oxit. Masiar Sistani giải thích: “Tuy nhiên, với germanium, mọi thứ phức tạp hơn nhiều.
>> Tham khảo: Quang xúc tác: Các quá trình phân tách điện tích được ghi lại bằng thực nghiệm.
“Trong trường hợp này, có một loạt các oxit khác nhau có thể hình thành. Nhưng điều đó có nghĩa là các thiết bị điện tử nano khác nhau có thể có thành phần bề mặt rất khác nhau và do đó có các tính chất điện tử khác nhau.”
Nếu bây giờ bạn muốn kết nối một tiếp điểm kim loại với các thành phần này, thì bạn gặp phải một vấn đề: Ngay cả khi bạn rất cố gắng để sản xuất tất cả các thành phần này theo cùng một cách chính xác, thì chắc chắn vẫn có những khác biệt lớn — và điều đó làm cho vật liệu trở nên phức tạp xử lý để sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn.
Giáo sư Walter Weber, người đứng đầu Viện Điện tử Thể rắn, TU Wien cho biết: “Khả năng tái tạo là một vấn đề lớn. “Nếu bạn sử dụng germanium silicon giàu germanium, bạn không thể chắc chắn rằng linh kiện điện tử, sau khi bạn đặt các điểm tiếp xúc lên nó, sẽ thực sự có những đặc tính mà bạn cần.” Do đó, vật liệu này chỉ được sử dụng ở mức độ hạn chế trong sản xuất chip.
Điều đó thật đáng tiếc, bởi vì gecmani silic sẽ có những ưu điểm quyết định: “Nồng độ chất mang điện tích cao hơn, đặc biệt là chất mang điện tích dương, cái gọi là” lỗ trống “, có thể di chuyển trong vật liệu này hiệu quả hơn nhiều so với trong silicon.
>> Tham khảo: Cách tiếp cận mới để đánh giá tình trạng sức khỏe của các dòng sông theo mùa.
Do đó, vật liệu sẽ cho phép tần số xung nhịp cao hơn nhiều với hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn so với chip silicon hiện tại của chúng tôi,” Lukas Wind, nghiên cứu sinh tiến sĩ trong nhóm nghiên cứu của Walter Weber, cho biết.
Giao diện “hoàn hảo”
Tuy nhiên, giờ đây, nhóm nghiên cứu đã có thể chỉ ra cách giải quyết vấn đề: Họ đã tìm ra phương pháp tạo ra các giao diện hoàn hảo giữa các điểm tiếp xúc bằng nhôm và các thành phần gecmani silic ở quy mô nguyên tử.
Trong bước đầu tiên, một hệ thống lớp được tạo ra với một lớp silicon mỏng và vật liệu thực tế mà từ đó các thành phần điện tử sẽ được tạo ra — silicon-gecmani.
Bằng cách làm nóng cấu trúc theo cách có kiểm soát, giờ đây có thể tạo ra sự tiếp xúc giữa nhôm và silicon: Ở nhiệt độ khoảng 500 độ C, xảy ra sự khuếch tán đặc biệt, các nguyên tử có thể rời khỏi vị trí của chúng và bắt đầu di chuyển. Các nguyên tử silic và gecmani di chuyển vào tiếp xúc nhôm tương đối nhanh và nhôm lấp đầy khoảng trống.
Masiar Sistani giải thích: “Động lực khuếch tán trong hệ thống lớp được sử dụng do đó tạo ra một giao diện giữa nhôm và gecmani silic với một lớp silic cực mỏng ở giữa.
Thông qua quy trình sản xuất này, các nguyên tử oxy không bao giờ có cơ hội tiếp cận với giao diện cực kỳ tinh khiết và sắc nét về mặt nguyên tử này.
>> Tham khảo: Các nhà nghiên cứu mở rộng phạm vi mục tiêu của Hệ thống CRISPR/Cas.
Walter Weber cho biết: “Các thí nghiệm của chúng tôi cho thấy rằng những điểm tiếp xúc này có thể được sản xuất theo cách đáng tin cậy và dễ dàng tái sản xuất.
“Các hệ thống công nghệ bạn cần để thực hiện điều này đã được sử dụng trong ngành công nghiệp chip ngày nay. Vì vậy, đây không chỉ là một thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, mà là một quy trình có thể được sử dụng tương đối nhanh trong ngành công nghiệp chip.
Ưu điểm quyết định của quy trình sản xuất được trình bày là có thể tạo ra các tiếp điểm chất lượng cao bất kể thành phần silicon-gecmani là gì.
Walter Weber nói: “Chúng tôi tin rằng các tiếp xúc bán dẫn kim loại đột ngột, mạnh mẽ và đáng tin cậy được trình bày rất thú vị đối với nhiều loại thiết bị điện tử nano, quang điện tử và lượng tử mới.
