Germanium-Tin发达替代硅晶体管

科学家j Forschungszentrum编造一种新型晶体管从germanium-tin合金在传统开关元素有几个优点。电荷载体可以更快比硅或锗材料,使低电压操作。晶体管因此似乎是一种很有前途的候选人为未来的低功耗,高性能的芯片,也可能为未来的量子计算机的发展。

在过去的70年里,一个芯片上的晶体管的数量大约每两年翻了一番,根据摩尔定律,这是今天仍然有效。电路已成为相应较小,但结束这种发展似乎在望。“我们已经到了一个阶段结构只有2到3纳米大小。这约等于的直径10原子,这需要我们的极限是可行的。它不会比这小得多,”赵说Qing-Tai彼得格伦伯格研究所(PGI-9) Forschungszentrum j。

一段时间以来,研究人员一直在寻找替代硅半导体工业中使用的主要材料。”这个想法是为了找到一个更有利的电子性质的材料,可以用来达到相同的性能与更大的结构,”教授解释道。

研究部分集中在锗,已经被使用在早期的计算机时代。电子可以移动更快比硅锗,至少理论上如此。然而,Qing-Tai赵和他的同事们已经更进一步。进一步优化电子性质,他们融入了锗锡原子晶格。方法是几年前开发的彼得·格伦伯格研究所(PGI-9) Forschungszentrum j。

“germanium-tin系统我们已经测试可以克服硅技术的物理限制,“Qing-Tai赵说。在实验中,germanium-tin晶体管展品的电子迁移率2.5倍相对纯锗晶体管构成的。

合金新材料的另一个优点是,它是与现有CMOS工艺兼容芯片制造。锗、锡主要来自同一组在硅元素周期表。germanium-tin晶体管因此可以直接集成到传统的硅芯片与现有的生产线。

未来的电脑潜力高

除了经典数字计算机,量子计算机也可以受益于germanium-tin晶体管。一段时间以来,人们一直努力整合部分直接控制电子的量子芯片,在量子计算机中操作在温度接近绝对零度。测量表明,晶体管的germanium-tin将在这些条件下的表现较佳,并达显著程度比硅制造的。

”所面临的挑战是要找到一个半导体的开关与低电压仍然可以很快在非常低的温度下,“赵Qing-Tai解释道。对于硅,这开关曲线变得平缓低于50 k。然后,需要一个高电压,因此一个高功率晶体管,最终导致失败的敏感量子位,因为加热。“Germanium-tin执行更好的在这些温度测量12 k,还有希望利用材料在更低的温度下,“Qing-Tai赵说。

此外,germanium-tin晶体管进一步一步光学芯片上的数据传输。与光信号的传播信息已经在许多标准数据网络,因为它是比数据传输通过更快和更节能的电导体。领域的微纳电子学,然而,数据通常仍然发送电。丹Buca博士j工作组的同事已经开发出一种germanium-tin激光在过去,可能直接在硅片光学传输数据。germanium-tin晶体管,沿着这些激光,提供了一个有前途的解决方案纳电子学和光子学的单片集成在一个芯片上。

参考:韩刘M,垃圾Y, Y, et al .垂直GeSn纳米线场效电晶体硅CMOS之外。Commun英格。2023;2 (1):1 - 9。doi:10.1038 / s44172 - 023 - 00059 - 2

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