p (PhysOrg.com) - A fabricação em nanoescala já percorreu um longo caminho desde as visões de nanotecnologia de Feynman, há mais de 50 anos. Desde então, estudos demonstraram como estruturas de baixa dimensão, como nanofios e pontos quânticos, têm propriedades exclusivas que podem melhorar o desempenho de uma variedade de dispositivos. No último estudo nesta área, pesquisadores fabricaram transistores feitos com nanofios de silício excepcionalmente finos que exibem alto desempenho devido aos efeitos de confinamento quântico nos nanofios. p A equipe de pesquisadores, Krutarth Trivedi, Hyungsang Yuk, Herman Carlo Floresca, Moon J. Kim, e Walter Hu, da Universidade do Texas em Dallas, publicou seu estudo em uma edição recente da Nano Letras .

p Em seu estudo, os pesquisadores fabricaram nanofios de silício litograficamente com diâmetros de apenas 3-5 nanômetros. Com um diâmetro tão pequeno, os nanofios experimentam efeitos de confinamento quântico que fazem com que as propriedades dos nanofios mudem de seus valores em massa. Especificamente, transistores feitos com os nanofios finos melhoraram a mobilidade do orifício, dirigir a corrente, e densidade de corrente - propriedades que fazem os transistores operarem com mais rapidez e eficiência. O desempenho dos transistores supera até mesmo transistores de nanofios de silício relatados recentemente que usam dopagem para melhorar seu desempenho.

p “A importância desta pesquisa é que demonstramos que aumentar o grau de confinamento quântico do canal de silício resulta no aumento da mobilidade do portador, ”Hu disse PhysOrg.com . “Nós fornecemos provas experimentais da alta mobilidade de orifícios teoricamente simulada de nanofios de cerca de 3 nm de diâmetro.”

p Inicialmente, pode parecer contra-intuitivo que um fio menor possa ter uma mobilidade maior do que um fio maior. Mas, como explicam os pesquisadores, Os efeitos do confinamento quântico aumentam a mobilidade do portador no fio, confinando os orifícios (que contribuem para a corrente) a uma faixa mais uniforme de energia do que no silício a granel. Considerando que no silício a granel, buracos com ampla distribuição de energia contribuem para a corrente, nos minúsculos nanofios, a energia dos furos tem uma distribuição muito mais estreita. Tendo buracos com energia semelhante, e, portanto, massa, reduz os efeitos de espalhamento de transportadora nos nanofios, o que, por sua vez, melhora a mobilidade e a densidade da corrente. Ao comparar o desempenho de minúsculos nanofios com nanofios fabricados de forma semelhante, em que apenas a dimensão da espessura é confinada, os pesquisadores também mostram que aumentar o grau de confinamento quântico do canal resulta em maior mobilidade do portador.

p Como observam os pesquisadores, fabricar os transistores de nanofios de silício de sub-5 nanômetros de alto desempenho é relativamente simples em comparação com outros métodos de fabricação de nanofios, que usam métodos ascendentes e junções dopadas ou dopagem de canal. Uma aplicação que os pesquisadores planejam buscar é usar os nanofios para torná-los baratos, biossensores ultrassensíveis, uma vez que a sensibilidade do biossensor aumenta à medida que o diâmetro do nanofio diminui.

p “Conforme exigido pelo nosso financiamento (Prêmio de Carreira NSF), nosso plano imediato é explorar o biossensorio de proteínas com esses tipos de minúsculos transistores de nanofios, ”Disse Hu. “Acreditamos que tais nanofios de pequeno diâmetro com alto desempenho intrínseco podem ter um grande impacto no biossensor, já que se espera que forneçam sensibilidade máxima até uma única molécula com uma melhor relação sinal-ruído. ”

p Além de biossensor, os novos transistores de alto desempenho podem ter um impacto no dimensionamento do CMOS, que está se tornando cada vez mais difícil. Atualmente, os pesquisadores buscam financiamento para explorar esta área.

p “Esses transistores podem ter um impacto na escala CMOS devido ao fato de que o desempenho realmente aumenta com a diminuição do diâmetro, ”Disse Hu. “Matrizes de transistores de nanofios com nanofios minúsculos poderiam ser feitas para atingir alto desempenho sem a necessidade de novas técnicas de processamento. Na verdade, o processamento pode até ser simplificado em relação às técnicas atuais, como nossos transistores de nanofios não usam junções complementares altamente dopadas para fonte / dreno; a eliminação de junções altamente dopadas alivia muitos dos problemas atuais na redução de escala das técnicas de processamento CMOS para a nanoescala.

p “Em geral, meu ponto de vista pessoal é que o silício ainda tem muito potencial para nanoeletrônica, e a indústria pode querer considerar o apoio à pesquisa em nanofios de silício ou dispositivos de fio quântico e novas arquiteturas para liberar totalmente o potencial do silício. Todo mundo está pesquisando grafeno, que é um ótimo material, claro, mas podemos não querer ignorar o potencial do silício, pois mostramos que a mobilidade efetiva do orifício pode ser superior a 1200. ” p Copyright 2010 PhysOrg.com.
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