Há boas notícias na busca pela próxima geração de semicondutores. Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA e da Universidade da Califórnia em Berkeley, integraram com sucesso camadas ultrafinas de arsenieto de índio semicondutor em um substrato de silício para criar um transistor em nanoescala com excelentes propriedades eletrônicas. Um membro da família III-V de semicondutores, o arsenieto de índio oferece várias vantagens como alternativa ao silício, incluindo mobilidade e velocidade superiores de elétrons, o que o torna um excelente candidato para futuro baixo consumo de energia, dispositivos eletrônicos de alta velocidade.

"Mostramos uma rota simples para a integração heterogênea das camadas de arseneto de índio até uma espessura de 10 nanômetros em substratos de silício, "diz Ali Javey, um cientista docente na Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório de Berkeley e um professor de engenharia elétrica e ciência da computação na UC Berkeley, quem liderou esta pesquisa.

"Os dispositivos que fabricamos subsequentemente mostraram operar perto dos limites de desempenho projetados de dispositivos III-V com corrente de fuga mínima. Nossos dispositivos também exibiram desempenho superior em termos de densidade de corrente e transcondutância em comparação com transistores de silício de dimensões semelhantes."

Por todas as suas maravilhosas propriedades eletrônicas, o silício tem limitações que levaram a uma intensa busca por semicondutores alternativos para serem usados ​​em dispositivos futuros. Javey e seu grupo de pesquisa têm se concentrado em semicondutores compostos III-V, que apresentam excelentes propriedades de transporte de elétrons. O desafio tem sido encontrar uma maneira de conectar esses semicondutores compostos em sistemas bem estabelecidos, tecnologia de processamento de baixo custo usada para produzir os dispositivos atuais à base de silício. Dada a grande incompatibilidade de rede entre os semicondutores compostos de silício e III-V, o crescimento heteroepitaxial direto de III-V em substratos de silício é desafiador e complexo, e freqüentemente resulta em um grande volume de defeitos.

"Demonstramos o que chamamos de 'XOI, 'ou plataforma de tecnologia de semicondutor sobre isolador composto, que é paralelo ao 'SOI de hoje, 'ou plataforma de silício sobre isolador, "diz Javey." Usando um método de transferência epitaxial, transferimos camadas ultrafinas de arsenieto de índio de cristal único em substratos de silício / sílica, em seguida, dispositivos fabricados usando técnicas de processamento convencionais, a fim de caracterizar o material XOI e as propriedades do dispositivo. "

Os resultados desta pesquisa foram publicados na revista. Natureza, em um artigo intitulado, "Semicondutor composto ultrafino em camadas isolantes para transistores em nanoescala de alto desempenho." Hyunhyub Ko foi coautor do relatório com Javey, Kuniharu Takei, Rehan Kapadia, Steven Chuang, Hui Fang, Paul Leu, Kartik Ganapathi, Elena Plis, Ha Sul Kim, Szu-Ying Chen, Morten Madsen, Alexandra Ford, Yu-Lun Chueh, Sanjay Krishna e Sayeef Salahuddin.

Para fazer suas plataformas XOI, Javey e seus colaboradores cultivaram filmes finos de arsenieto de índio de cristal único (10 a 100 nanômetros de espessura) em um substrato de origem preliminar, em seguida, padronizaram litograficamente os filmes em arranjos ordenados de nanofitas. Depois de ser removido do substrato de origem por meio de uma corrosão úmida seletiva de uma camada sacrificial subjacente, os arranjos de nanofita foram transferidos para o substrato de silício / sílica por meio de um processo de estampagem.

Javey atribuiu o excelente desempenho eletrônico dos transistores XOI às pequenas dimensões da camada "X" ativa e ao papel crítico desempenhado pelo confinamento quântico, que serviu para ajustar a estrutura de banda do material e propriedades de transporte. Embora ele e seu grupo usassem apenas arsenieto de índio como semicondutor composto, a tecnologia deve acomodar prontamente outros semicondutores compostos III / V também.

"Pesquisas futuras sobre a escalabilidade de nosso processo para processamento de wafer de 8 e 12 polegadas são necessárias, "Javey disse.

"Avançando, acreditamos que os substratos XOI podem ser obtidos por meio de um processo de colagem de wafer, mas nossa técnica deve possibilitar a fabricação de transistores do tipo p e n no mesmo chip para componentes eletrônicos complementares baseados em semicondutores III-V ideais.

"Além disso, este conceito pode ser usado para integrar diretamente fotodiodos de alto desempenho, lasers, e diodos emissores de luz em substratos de silício convencionais. Unicamente, esta técnica poderia nos permitir estudar as propriedades básicas dos materiais de semicondutores inorgânicos quando a espessura é reduzida a apenas algumas camadas atômicas. "