Исследователи из Национального исследовательского ядерного университета МИФИ и Института физики металлов Сибирского отделения РАН разработали наногетероструктуры, способные повысить быстродействие высокочастотных микросхем. Об этом сообщает пресс-релиз университета.
Гетероструктурой в электронике называют многослойный «бутерброд» из разных полупроводников. Каждый из материалов эффективнее выполняет какие-то одни функции, а их сочетание позволяет получить наилучший результат. Так, при повышении содержания индия в токопроводящем слое можно заметно снизить число электронов в гетероструктуре и при этом поднять скорость их движения (электроны не будут «мешаться» при движении).
Однако слишком сильное увеличение содержание индия приведет к изменению свойств кристаллической решетки содержащего этот металл слоя. Он станет слишком заметно отличаться от соседних слоев. Растущее механическое напряжение между ними сделает структуру уязвимой.
Чтобы решить эту проблему, в МИФИ создали на стыке содержащего индий слоя дополнительную «переходную» прослойку. В ней индия сперва почти нет, а затем его содержание постепенно нарастает почти до ста процентов. За счет этого накопление напряжений на стыке содержащего индий слоя и остальных слоев остается минимальным. «Переходная» прослойка, как и все остальные слои гетероструктуры, выращивается методом эпитаксии — послойным наращиванием кристаллически совершенных полупроводников на «виртуальной подложке».
С помощью нового метода ученым удалось получить гетероструктуры с очень гладкой поверхностью — выступы на ней не выше двух нанометров, а рассеяние электронов минимально. Исследование возможностей такого материала проводили при температурах до 1,8 кельвина и сильном магнитном поле. В результате исследователям удалось пронаблюдать ряд квантовых эффектов.
Следует отметить, что пока работа показывает лишь теоретическую возможность использования таких структур в электронике — конкретных изделий из них пока не создано. Но потенциально возможности подобных материалов очень велики. Для уже полученных гетероструктур потолком скорости работы в микросхемах являются частоты в 200 гигагерц. Это более чем на порядок превосходит все доступные сегодня на рынке микросхемы.