Parempia pystyrakenteisia transistoreita

DGIST:n professori Jae Eun Jangin ja tohtori Goeun Pyon johtama tutkimusryhmä on kehittänyt ensimmäistä kertaa maailmassa "kaksoismoduloituja pystysuunnassa pinottuja transistoreita", jotka toimivat vakaasti ilman virtavuotoa jopa kaksiulotteisissa nanoskaalan kanavarakenteissa.

Viime vuosina puolijohdeteollisuus on kohdannut fyysisiä rajoituksia, kun kysyntä integroida enemmän piirirakenteita rajoitettuun tilaan kasvaa jatkuvasti. Näiden rajoitusten voittamiseksi "pystyrakenteiset transistorit", joissa virtaa kuljettavat kanavat on kerrostettu pystysuunnassa, ovat nousseet lupaavaksi vaihtoehdoksi seuraavan sukupolven 3D-puolijohteille.

Perinteisillä pystypinotuilla transistoreilla on kuitenkin kriittinen haittapuoli, jossa hilasähköiset signaalit eivät kulje tasaisesti kanavan sisälle elektrodirakenteensa vuoksi, mikä johtaa virtavuotoon tai epävakaaseen piiritoimintaan kanavan pituuden lyhentyessä.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkimusryhmä ehdotti "kaksoismodulaatiorakennetta", jossa portit ylä- ja alapuolella ohjaavat kanavaa eri mekanismien kautta. Tämä edustaa innovatiivista lähestymistapaa, jossa virta kulkee voileipämäisessä kokoonpanossa, jossa ylempi ja alempi elektrodi ovat vastakkain kanavan yli.

Tutkimusryhmä loi alempaan elektrodiin mikroskooppisia aukkoja, joiden avulla sähköiset signaalit pääsivät tunkeutumaan syvemmälle kanavan sisälle ja otti käyttöön grafeenimateriaalista valmistetun yläelektrodin, mikä mahdollisti virrankulun tarkemman hallinnan. Lisäksi virtavuodoille alttiille alueille lisättiin estokerros, mikä olennaisesti eliminoi reitit, jotka voisivat aiheuttaa tarpeetonta tehohäviötä.

Tutkimusryhmä toteutti erittäin ohuen, nanometrisen tasomaisen virranjohtavuuskerroksen. Rakenne vaimentaa virran ollessa katkaistuna syntyvän pienen vuotovirran erittäin alhaiselle tasolle ja samalla osoittaa erinomaista suorituskykyä erottaessaan selkeästi päällä- ja pois päältä -tilan.

Rakenne tuottaa riittävän lähtövirran myös matalilla jännitteillä ja ylläpitää vakaata toimintaansa jopa ankarissa olosuhteissa, kuten altistumisessa valolle tai pitkäaikaisessa käytössä.

Tämä teknologia ei vaadi kalliita, erittäin tarkkoja kohdistusprosesseja tai korkeita lämpötiloja, mikä tekee siitä erittäin edullisen skaalata laaja-alaisiin tai monikerroksisiin pinorakenteisiin.

Teknologian odotetaan tuovan merkittäviä edistysaskeleita useille teollisuuden aloille, kuten pitkälle integroiduille 3D-puolijohteille, seuraavan sukupolven pienen tehonkäytön logiikkapiireille, muistiteknologioille ja joustavalle elektroniikalle.

Aiheesta aiemmin:

Kolmiulotteisia siruja jatkuvana prosessina

Insinöörit kasvattavat "pystyrakenteisia" 3D-siruja