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硅与非硅材料“混搭”难题解决

2014/05/30 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

文章来源:科技日报 王小龙

 

美国加州大学戴维斯分校的科学家最近展示了一种具有三维结构的纳米线晶体管,并借助该技术成功将硅与非硅材料集成到了一个集成电路中。研究人员称,该技术有望帮助硅材料突破瓶颈,为更快、更稳定的电子和光子设备的制造铺平道路。

  硅是目前最常见的一种电子材料,但它并不是万能的。建立在传统蚀刻工艺基础的硅集成电路在尺寸上已经小到了极限,这限制了系统运行速度和集成度的提升。此外,传统硅电路的一些“先天不足”也使其无法在一些特殊条件下获得应用,如250摄氏度以上的高温环境,高功率、高电压电路,以及一些光学电路等。因此,不少科学家设想将其他半导体材料引入硅集成电路,使其适应能力更强。但经过尝试后人们发现,传统微电路制造中所采用的蚀刻工艺并不适用,在晶格失配和热性能的差异作用下,硅与非硅材料很难结合在一起。

  物理学家组织网5月15日发表的一篇文章称,为了解决这一难题,加州大学戴维斯分校电气和计算机工程教授赛义夫·伊斯兰姆和他的团队研发出一种极为细微的纳米线晶体管,可将硅基底上的砷化镓、氮化镓或磷化铟等材料连接起来。这些纳米线能够起到桥梁的作用,将这些半导体材料集成到更为复杂的电子或光子设备当中。并且他们还开发出了一种技术,能够精确控制纳米线的数量,使其物理性质保持一致。

  伊斯兰姆说,这种悬挂结构具有很多优势:首先是其容易冷却;二是与平面结构的晶体管相比,在应对热膨胀时更加轻松自如。这种新型电路可以被用来制造能在各种极端环境中工作的传感器,如能在飞机发动机内部工作的温度传感器等。未来该技术还有望在汽车、船舶、石油开采设施、航天器以及人体植入设备中获得应用。另外,由于充分利用了多项成熟的技术,且能兼容目前用来生产硅集成电路的设备,新技术的引入并不需要更换原有生产线。

  相关论文发表在最近一期的《先进材料》杂志上。该项目的经费由美国国家科学基金会和韩国政府相关机构提供。