更小的芯片，更快的计算机，更少的能源消耗。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。电子迁移率在其中起着关键作用：电子在这些细小的导线中加速的速度越快，晶体管的开关速度就越快，所需的能量就越少。来自 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)、TU Dresden 和 NaMLab 的一组研究人员现在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显着增强。这种现象为超快晶体管的发展提供了新的机会。

纳米线具有独特的特性：这些超细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，这些材料本身并不少见。例如，砷化镓广泛用于工业制造，并且已知具有高本征电子迁移率。

紧张创造速度

为了进一步提高这种移动性，德累斯顿的研究人员生产了由砷化镓芯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略微不同的晶格间距。这会导致壳在更薄的芯上施加高机械应变。核心中的砷化镓改变了它的电子特性。“我们影响核心中电子的有效质量。可以说，电子变得更轻，这使它们更具移动性，”HZDR 离子束物理和材料研究所的科学家、该研究的发起人 Emmanouil Dimakis 博士解释说。最近发表的研究。

研究人员在最近发表的研究中通过实验证明了最初的理论预测。“我们知道核心中的电子应该在拉伸应变晶体结构中更具移动性。但我们不知道线壳会在多大程度上影响核心中的电子迁移率。核心非常薄，允许电子与壳相互作用并被它散射，”Dimakis 说。一系列测量和测试证明了这种效应：尽管与壳相互作用，但在室温下，研究中的线芯中的电子比无应变的可比纳米线或体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谱测量电子迁移率：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，使得外壳看起来对光几乎透明，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。PD Alexej Pashkin 博士解释说：“我们实际上给了电子一脚，它们开始在导线中振荡，”他与 HZDR 的团队合作优化了测试核壳纳米线的测量方法。

将结果与模型进行比较揭示了电子的运动方式：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根电线——包括芯线和外壳——而只测量了微小的芯线。这对我们来说是一个新的挑战。芯线约占材料的 1% . 换句话说，我们激发的电子少了一百倍，得到的信号弱了一百倍，”帕什金说。

因此，样品的选择也是一个关键步骤。一个典型的样品在一块大约一平方毫米的基板上平均包含大约 20,000 到 100,000 根纳米线。如果样品上的导线间隔得更近，可能会出现不良影响：相邻导线相互影响，产生类似于单根较粗导线的信号，并使测量结果失真。如果没有检测到这种效应，则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

微电子和半导体行业的趋势越来越需要开关速度更快的更小晶体管。专家预计，用于晶体管的新型纳米线概念也将在未来几年内进入工业生产。在德累斯顿取得的进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基于所研究的纳米线开发第一个原型，并测试它们的使用适用性。为此，他们打算在纳米线上应用、测试和增强金属接触，以及测试纳米线与硅的掺杂并优化制造工艺。