作者:Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
太赫兹光谱测量表明，半导体纳米线的应变核心可以容纳快速移动的电子，这一概念可以用于新一代纳米晶体管
信用:HZDR/Juniks 更小的芯片，更快的计算机，更低的能耗
基于半导体纳米线的新概念有望使微电子电路中的晶体管更好、更高效
电子迁移率在这方面起着关键作用:电子在这些微小的导线中加速的速度越快，晶体管的开关速度就越快，所需的能量也就越少
来自亥姆霍兹-曾特朗德累斯顿-罗森多夫(HZDR)、德累斯顿大学和纳米实验室的一组研究人员现在已经成功地通过实验证明，当外壳将线芯置于拉伸应变下时，纳米线中的电子迁移率会显著提高
这一现象为超快晶体管的发展提供了新的机会
纳米线有一个独特的特性:这些超薄的线可以承受非常高的弹性应变，而不会破坏材料的晶体结构
然而材料本身并不罕见
例如，砷化镓广泛用于工业制造，并且已知具有高的固有电子迁移率
张力创造速度 为了进一步增强这种迁移率，德累斯顿的研究人员制作了由砷化镓核和砷化铟铝壳组成的纳米线
不同的化学成分导致壳和核中的晶体结构具有稍微不同的晶格间距
这导致外壳在薄得多的芯上施加高机械应变
核心中的砷化镓改变了它的电子性质
“我们影响核心中电子的有效质量
可以说，电子变得更轻，这使得它们更易移动
Emmanouil Dimakis，HZDR离子束物理和材料研究所的科学家，也是最近发表的研究的发起人
在最近发表的研究中，研究人员已经通过实验证明了最初的理论预测
“我们知道，在拉伸应变晶体结构中，核心中的电子应该更易移动
但我们不知道的是，线壳会在多大程度上影响电子在核中的迁移率
核心非常薄，允许电子与壳层相互作用并被壳层散射，”迪马科斯说
一系列的测量和测试证明了这种效应:尽管与壳层相互作用，但在室温下，被研究的线芯中的电子移动速度比无应变的可比纳米线或块状砷化镓中的电子快大约30%
揭示核心 研究人员通过应用非接触式光学光谱学测量电子迁移率:使用光学激光脉冲，他们在材料内部释放电子
科学家们选择了光脉冲能量，这样外壳对光几乎是透明的，自由电子只在线芯中产生
随后的高频太赫兹脉冲导致自由电子振荡
“我们实际上踢了电子一脚，它们开始在电线中振荡，”PD博士解释说
阿列克谢·帕什金，他与他在HZDR的团队合作，优化了测试核-壳纳米线的测量
将结果与模型进行比较揭示了电子是如何运动的:它们的速度越高，遇到的障碍物越少，振荡持续的时间就越长
“这实际上是一种标准技术
但这次我们没有测量整条电线——包括芯和壳——而只测量了微小的芯
这对我们是一个新的挑战
核心约占材料的百分之一
换句话说，我们激发的电子少了100倍，得到的信号弱了100倍。”
因此，样品的选择也是关键的一步
一个典型的样品在一块大约1平方毫米的基底上平均包含大约20，000到100，000条纳米线
如果样品上的导线间隔更近，可能会出现不良影响:相邻导线相互作用，产生类似于单根更粗导线的信号，并使测量结果失真
如果没有检测到这种效应，获得的电子速度太低
为了排除这种干扰，德累斯顿研究小组对不同密度的纳米线进行了额外的建模和一系列测量
快速晶体管的原型 微电子和半导体工业的趋势越来越需要开关速度更快的更小的晶体管
专家预计，未来几年，晶体管的新型纳米线概念也将进入工业生产
在德累斯顿实现的发展对于超快晶体管来说尤其有希望
研究人员的下一步将是开发基于所研究的纳米线的第一个原型，并测试它们的适用性
为此，他们打算应用、测试和增强纳米线上的金属接触，以及测试纳米线与硅的掺杂和优化制造工艺
这项研究发表在《自然通讯》上
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