Proof of concept toont aan dat elektronen sneller bewegen in germaniumtin dan in silicium of germanium

Proof of concept toont aan dat elektronen sneller bewegen in germaniumtin dan in silicium of germanium

Tijdstempel: 2 juni 2023 11:33 uur
Bronknooppunt: 2695095
02 juni 2023 (Nanowerk NieuwsOnderzoekers van CEA-Leti hebben aangetoond dat elektronen en andere ladingsdragers sneller kunnen bewegen in germaniumtin dan in silicium of germanium, waardoor lagere bedrijfsspanningen en kleinere voetafdrukken in verticale richtingen mogelijk zijn dan in vlakke apparaten. Deze proof-of-concept doorbraak betekent dat verticale transistors gemaakt van germaniumtin veelbelovende kandidaten zijn voor toekomstige energiezuinige, krachtige chips en mogelijk kwantumcomputers. Germanium-tin transistoren vertonen een elektronenmobiliteit die 2.5 keer hoger is dan een vergelijkbare transistor gemaakt van puur germanium. GeSn is verder compatibel met het bestaande CMOS-proces voor chipfabricage. Omdat germanium en tin uit dezelfde groep van het periodiek systeem komen als silicium, zouden deze transistors met bestaande productielijnen rechtstreeks in conventionele siliciumchips kunnen worden geïntegreerd. Een onlangs gepubliceerd artikel in Communicatietechniek (“Verticale GeSn nanodraad-MOSFET’s voor CMOS buiten silicium”) merkt op dat “GeSn-legeringen een instelbare energiebandafstand bieden door het Sn-gehalte en instelbare bandoffsets in epitaxiale heterostructuren met Ge en SiGe te variëren. Uit een recent rapport is zelfs gebleken dat het gebruik van Ge0.92Sn0.08 als bron bovenop Ge-nanodraden (NW's) verbetert de p-MOSFET-prestaties." Elektronenmicrofoto van een germanium-tin-transistor Elektronenmicrofoto van de germanium-tin-transistor: het ontwerp volgt een 3D-nanodraadgeometrie die ook wordt gebruikt in de nieuwste generatie computerprocessors. (Afbeelding: Forschungszentrum Jülich) “Naast hun ongekende elektro-optische eigenschappen is een groot voordeel van GeSn binaire bestanden ook dat ze kunnen worden gekweekt in dezelfde epitaxiereactoren als Si- en SiGe-legeringen, waardoor een opto-elektronisch halfgeleiderplatform voor de hele groep IV mogelijk wordt. die monolithisch kunnen worden geïntegreerd op Si”, meldt de krant. Dat projectonderzoek omvatte bijdragen van verschillende organisaties naast CEA-Leti, die de epitaxiale stapels leverde. Epitaxie wordt uitgevoerd op een zeer geordend sjabloon, een siliciumsubstraat, met een zeer nauwkeurige kristalstructuur. Door het materiaal te veranderen dupliceerde CEA-Leti de diamantkristallijne structuur in de lagen die er bovenop werden aangebracht. “Epitaxie is de kunst van het maken van meerdere lagen door de oorspronkelijke structuur te dupliceren en wordt uitgevoerd bij lage temperatuur met gasvormige precursoren in een chemische dampdepositie (CVD) reactor”, zegt Jean-Michel Hartmann, een CEA Fellow en teamleider, groepsleider. IV epitaxie bij CEA-Leti. Het afzetten van dit soort stapels en het beheersen van de groei van de epitaxiale laag is een uiterst complexe stap in een processtroom die cilinders met patronen en conforme poortstapelafzetting vereist – kortom de productie van het hele apparaat. CEA-Leti, een van de weinige RTO's wereldwijd die dergelijke complexe in-situ gedoteerde Ge/GeSn-stapels kan deponeren, voerde dat deel van het gezamenlijke onderzoek uit dat in het artikel wordt gerapporteerd. "De samenwerking demonstreerde het potentieel van GeSn met een lage bandafstand voor geavanceerde transistors met interessante elektrische eigenschappen, zoals hoge draaggolfmobiliteit in het kanaal, lage bedrijfsspanningen en een kleinere voetafdruk", legt Hartmann, co-auteur van het artikel, uit. “De industrialisatie is nog ver weg. We gaan verder met de stand van de techniek en laten het potentieel zien van germaniumtin als kanaalmateriaal.” Bij het werk waren ook wetenschappers van ForschungsZentrum Jülich, Duitsland betrokken; de Universiteit van Leeds, Verenigd Koninkrijk; IHP- Innovations for High Performance Microelectronics, Frankfurt (Oder), Duitsland, en RWTH Aachen University, Duitsland.

Tijdstempel:

Meer van Nanowerk