美研究發現納米線晶體管表現量子限製效應
發布時間:2011-04-06 來源:科技日報
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實驗中,他們用平版印刷技術製造了一種直徑僅有3納米到5納米的矽納米線。由於直徑非常小,表現出明顯的量子限製效應,納米線的塊值(bulk values)性質發生了變化。尤其是用極細納米線製造的晶體管,在空穴遷移率、驅(qu)動(dong)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)流(liu)強(qiang)度(du)等(deng)方(fang)麵(mian)屬(shu)性(xing)明(ming)顯(xian)增(zeng)強(qiang),大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv),其(qi)性(xing)能(neng)甚(shen)至(zhi)超(chao)過(guo)最(zui)近(jin)報(bao)道(dao)的(de)用(yong)半(ban)導(dao)體(ti)摻(chan)雜(za)技(ji)術(shu)改(gai)良(liang)的(de)矽(gui)納(na)米(mi)線(xian)晶(jing)體(ti)管(guan)。
得克薩斯大學研究人員沃爾特•胡介紹說,我們已經證明,載荷子遷移率會隨著矽隧道的量子限製程度增加而不斷提高,這在理論上為3納米直徑納米線的受激高速空穴流動提供了實驗證據。
這(zhe)好(hao)像(xiang)是(shi)違(wei)反(fan)直(zhi)覺(jiao)的(de),一(yi)根(gen)更(geng)細(xi)的(de)納(na)米(mi)線(xian)能(neng)產(chan)生(sheng)比(bi)更(geng)粗(cu)的(de)線(xian)更(geng)高(gao)的(de)流(liu)動(dong)性(xing)。但(dan)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)解(jie)釋(shi)說(shuo),在(zai)塊(kuai)狀(zhuang)矽(gui)中(zhong),形(xing)成(cheng)電(dian)流(liu)的(de)空(kong)穴(xue)能(neng)量(liang)分(fen)布(bu)很(hen)寬(kuan),量(liang)子(zi)限(xian)製(zhi)效(xiao)應(ying)限(xian)製(zhi)了(le)空(kong)穴(xue),形(xing)成(cheng)了(le)更(geng)加(jia)一(yi)致(zhi)的(de)能(neng)量(liang)排(pai)列(lie),從(cong)而(er)提(ti)高(gao)了(le)導(dao)線(xian)中(zhong)的(de)載(zai)荷(he)子(zi)遷(qian)移(yi)率(lv)。在(zai)細(xi)納(na)米(mi)線(xian)中(zhong),由(you)於(yu)空(kong)穴(xue)能(neng)量(liang)分(fen)布(bu)更(geng)窄(zhai),反(fan)而(er)提(ti)高(gao)了(le)流(liu)動(dong)性(xing)和(he)電(dian)流(liu)強(qiang)度(du)。當(dang)與(yu)構(gou)造(zao)類(lei)似(si)的(de)納(na)米(mi)帶(dai)(隻在厚度維度進行限製)相比時,細納米線也顯出隧道的量子限製程度提高,能產生更高的載荷子遷移率。
納米線晶體管技術主要用於製造廉價且超靈敏的生物傳感器,其靈敏度將隨納米線直徑的減小而增加。“我們計劃用這種型號的微細納米線晶體管來開發蛋白質生物感測器。”沃爾特•胡hu說shuo,小xiao直zhi徑jing納na米mi線xian依yi靠kao本ben身shen優you勢shi,可ke在zai生sheng物wu感gan測ce方fang麵mian發fa揮hui重zhong要yao作zuo用yong,有you望wang開kai發fa出chu最zui終zhong達da到dao一yi個ge單dan分fen子zi的de靈ling敏min感gan測ce儀yi器qi,而er且qie信xin噪zao比bi更geng好hao。
除了生物感測器,新型高性能晶體管還在互補金屬氧化物半導體縮微技術(CMOS,一種集成電路材料微型化)上有極大潛力,目前該領域的發展已經接近極限,變得越來越難。沃爾特•胡(hu)認(ren)為(wei),矽(gui)材(cai)料(liao)在(zai)納(na)米(mi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)領(ling)域(yu)仍(reng)具(ju)有(you)很(hen)多(duo)潛(qian)能(neng)。矽(gui)納(na)米(mi)線(xian)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)性(xing)能(neng)隨(sui)著(zhe)直(zhi)徑(jing)減(jian)小(xiao)而(er)增(zeng)強(qiang),將(jiang)細(xi)微(wei)納(na)米(mi)線(xian)晶(jing)體(ti)管(guan)排(pai)成(cheng)陣(zhen)列(lie),無(wu)需(xu)新(xin)的(de)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)就(jiu)能(neng)製(zhi)造(zao)出(chu)高(gao)性(xing)能(neng)產(chan)品(pin)。新(xin)型(xing)納(na)米(mi)線(xian)晶(jing)體(ti)管(guan)在(zai)把(ba)CMOS縮小到納米級別時甚至能簡化目前的工序,並不需要用高摻雜的補充質結作為源漏。
- 一研究小組用非常細的納米線製造出一種晶體管
- 簡化目前的工序,並不需要用高摻雜的補充質結作為源漏
實驗中,他們用平版印刷技術製造了一種直徑僅有3納米到5納米的矽納米線。由於直徑非常小,表現出明顯的量子限製效應,納米線的塊值(bulk values)性質發生了變化。尤其是用極細納米線製造的晶體管,在空穴遷移率、驅(qu)動(dong)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)流(liu)強(qiang)度(du)等(deng)方(fang)麵(mian)屬(shu)性(xing)明(ming)顯(xian)增(zeng)強(qiang),大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv),其(qi)性(xing)能(neng)甚(shen)至(zhi)超(chao)過(guo)最(zui)近(jin)報(bao)道(dao)的(de)用(yong)半(ban)導(dao)體(ti)摻(chan)雜(za)技(ji)術(shu)改(gai)良(liang)的(de)矽(gui)納(na)米(mi)線(xian)晶(jing)體(ti)管(guan)。
得克薩斯大學研究人員沃爾特•胡介紹說,我們已經證明,載荷子遷移率會隨著矽隧道的量子限製程度增加而不斷提高,這在理論上為3納米直徑納米線的受激高速空穴流動提供了實驗證據。
這(zhe)好(hao)像(xiang)是(shi)違(wei)反(fan)直(zhi)覺(jiao)的(de),一(yi)根(gen)更(geng)細(xi)的(de)納(na)米(mi)線(xian)能(neng)產(chan)生(sheng)比(bi)更(geng)粗(cu)的(de)線(xian)更(geng)高(gao)的(de)流(liu)動(dong)性(xing)。但(dan)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)解(jie)釋(shi)說(shuo),在(zai)塊(kuai)狀(zhuang)矽(gui)中(zhong),形(xing)成(cheng)電(dian)流(liu)的(de)空(kong)穴(xue)能(neng)量(liang)分(fen)布(bu)很(hen)寬(kuan),量(liang)子(zi)限(xian)製(zhi)效(xiao)應(ying)限(xian)製(zhi)了(le)空(kong)穴(xue),形(xing)成(cheng)了(le)更(geng)加(jia)一(yi)致(zhi)的(de)能(neng)量(liang)排(pai)列(lie),從(cong)而(er)提(ti)高(gao)了(le)導(dao)線(xian)中(zhong)的(de)載(zai)荷(he)子(zi)遷(qian)移(yi)率(lv)。在(zai)細(xi)納(na)米(mi)線(xian)中(zhong),由(you)於(yu)空(kong)穴(xue)能(neng)量(liang)分(fen)布(bu)更(geng)窄(zhai),反(fan)而(er)提(ti)高(gao)了(le)流(liu)動(dong)性(xing)和(he)電(dian)流(liu)強(qiang)度(du)。當(dang)與(yu)構(gou)造(zao)類(lei)似(si)的(de)納(na)米(mi)帶(dai)(隻在厚度維度進行限製)相比時,細納米線也顯出隧道的量子限製程度提高,能產生更高的載荷子遷移率。
納米線晶體管技術主要用於製造廉價且超靈敏的生物傳感器,其靈敏度將隨納米線直徑的減小而增加。“我們計劃用這種型號的微細納米線晶體管來開發蛋白質生物感測器。”沃爾特•胡hu說shuo,小xiao直zhi徑jing納na米mi線xian依yi靠kao本ben身shen優you勢shi,可ke在zai生sheng物wu感gan測ce方fang麵mian發fa揮hui重zhong要yao作zuo用yong,有you望wang開kai發fa出chu最zui終zhong達da到dao一yi個ge單dan分fen子zi的de靈ling敏min感gan測ce儀yi器qi,而er且qie信xin噪zao比bi更geng好hao。
除了生物感測器,新型高性能晶體管還在互補金屬氧化物半導體縮微技術(CMOS,一種集成電路材料微型化)上有極大潛力,目前該領域的發展已經接近極限,變得越來越難。沃爾特•胡(hu)認(ren)為(wei),矽(gui)材(cai)料(liao)在(zai)納(na)米(mi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)領(ling)域(yu)仍(reng)具(ju)有(you)很(hen)多(duo)潛(qian)能(neng)。矽(gui)納(na)米(mi)線(xian)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)性(xing)能(neng)隨(sui)著(zhe)直(zhi)徑(jing)減(jian)小(xiao)而(er)增(zeng)強(qiang),將(jiang)細(xi)微(wei)納(na)米(mi)線(xian)晶(jing)體(ti)管(guan)排(pai)成(cheng)陣(zhen)列(lie),無(wu)需(xu)新(xin)的(de)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)就(jiu)能(neng)製(zhi)造(zao)出(chu)高(gao)性(xing)能(neng)產(chan)品(pin)。新(xin)型(xing)納(na)米(mi)線(xian)晶(jing)體(ti)管(guan)在(zai)把(ba)CMOS縮小到納米級別時甚至能簡化目前的工序,並不需要用高摻雜的補充質結作為源漏。
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