硅與非硅材料“混搭”難題解決

【摘要】美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的科學(xué)家最近展示了一種具有三維結(jié)構(gòu)的納米線晶體管，并借助該技術(shù)成功將硅與非硅材料集成到了一個(gè)集成電路中。研究人員稱，該技術(shù)有望幫助硅材料突破瓶頸，為更快、更穩(wěn)定的電子和光子設(shè)備的制造鋪平道路。

    美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的科學(xué)家最近展示了一種具有三維結(jié)構(gòu)的納米線晶體管，并借助該技術(shù)成功將硅與非硅材料集成到了一個(gè)集成電路中。研究人員稱，該技術(shù)有望幫助硅材料突破瓶頸，為更快、更穩(wěn)定的電子和光子設(shè)備的制造鋪平道路。

    硅是目前最常見的一種電子材料，但它并不是萬(wàn)能的。建立在傳統(tǒng)蝕刻工藝基礎(chǔ)的硅集成電路在尺寸上已經(jīng)小到了極限，這限制了系統(tǒng)運(yùn)行速度和集成度的提升。此外，傳統(tǒng)硅電路的一些“先天不足”也使其無(wú)法在一些特殊條件下獲得應(yīng)用，如250攝氏度以上的高溫環(huán)境，高功率、高電壓電路，以及一些光學(xué)電路等。因此，不少科學(xué)家設(shè)想將其他半導(dǎo)體材料引入硅集成電路，使其適應(yīng)能力更強(qiáng)。但經(jīng)過(guò)嘗試后人們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)微電路制造中所采用的蝕刻工藝并不適用，在晶格失配和熱性能的差異作用下，硅與非硅材料很難結(jié)合在一起。

    物理學(xué)家組織網(wǎng)5月15日發(fā)表的一篇文章稱，為了解決這一難題，加州大學(xué)戴維斯分校電氣和計(jì)算機(jī)工程教授賽義夫·伊斯蘭姆和他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種極為細(xì)微的納米線晶體管，可將硅基底上的砷化鎵、氮化鎵或磷化銦等材料連接起來(lái)。這些納米線能夠起到橋梁的作用，將這些半導(dǎo)體材料集成到更為復(fù)雜的電子或光子設(shè)備當(dāng)中。并且他們還開發(fā)出了一種技術(shù)，能夠精確控制納米線的數(shù)量，使其物理性質(zhì)保持一致。

    伊斯蘭姆說(shuō)，這種懸掛結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢(shì)：首先是其容易冷卻；二是與平面結(jié)構(gòu)的晶體管相比，在應(yīng)對(duì)熱膨脹時(shí)更加輕松自如。這種新型電路可以被用來(lái)制造能在各種極端環(huán)境中工作的傳感器，如能在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部工作的溫度傳感器等。未來(lái)該技術(shù)還有望在汽車、船舶、石油開采設(shè)施、航天器以及人體植入設(shè)備中獲得應(yīng)用。另外，由于充分利用了多項(xiàng)成熟的技術(shù)，且能兼容目前用來(lái)生產(chǎn)硅集成電路的設(shè)備，新技術(shù)的引入并不需要更換原有生產(chǎn)線。

    相關(guān)論文發(fā)表在最近一期的《先進(jìn)材料》雜志上。該項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和韓國(guó)政府相關(guān)機(jī)構(gòu)提供。