Nya nanokontakter lovande för nedskalning av elektronik
Ett nytt sätt att skapa kontakter i nanoskala kan visa sig mycket viktigt för att åstadkomma en fortsatt utveckling mot mindre och snabbare elektronik. Det visar en forskarrapport som publicerats i tidskriften Nature Communications.
Forskare vid Nanometerkonsortiet vid Lunds Universitet har, tillsammans med forskare från Högskolan i Halmstad och Voronezh State Technical University i Ryssland, visat att nanokontakter mellan en metall och en halvledare tillverkade i en ”bottom up”-process uppvisar andra elektriska egenskaper än motsvarande kontakter tillverkade med konventionell teknik. Upptäckten kan vara mycket viktig för fortsatt nedskalning av elektronik.
Elektriska kontakter mellan metaller och halvledare är viktiga för all tillverkning av elektronik. Dessa kontakter var de första halvledarkomponenter som studerades redan i mitten av 1800-talet. Trots all den mycket omfattande forskning som gjorts inom detta område, finns fortfarande frågetecken kring de elektriska egenskaperna hos dessa kontakter och hur dessa kan skräddarsys.
- Att optimera dessa kontakters egenskaper är en av de största utmaningarna för fortsatt nedskalning av elektronik. Möjligheten att kunna skräddarsy den energibarriär (s.k. Schottkybarriär) som reglerar strömmen mellan halvledare och metall är särskilt önskvärd, säger Professor Håkan Pettersson som är huvudansvarig för forskningsprojektet.
I det nu publicerade arbetet har de elektriska egenskaperna undersökts i detalj för en kontakt skapad mellan en guldpartikel och en nanotråd tillverkad av halvledarmaterialet galliumarsenid. Detta har möjliggjorts tack vare mycket avancerad tillverkning och selektiv kontaktering av partikel och nanotråd. Dessa nanokontakter skiljer sig från traditionella metall-halvledarkontakter inte bara genom den lilla skalan, utan också genom att de tillverkats i en så kallad epitaxiell process vid hög temperatur, där guldpartikeln katalyserat själva växten av nanotråden.
Det mest slående resultatet i studien är att Schottkybarriären mellan guldpartikel och nanotråd är starkt reducerad jämfört med alla andra motsvarande kontakter som publicerats fram till dags dato.
- Observationen är förbryllande och vi har gjort omfattande studier för att verifiera resultaten och för att utveckla en fysikalisk modell för fenomenet, säger Håkan Pettersson.
De förändrade elektriska egenskaperna kan förstås i termer av en starkt modifierad kontaktyta mellan guldpartikel och nanotråd. Förutom ett reducerat antal yttillstånd skapas ett elektriskt laddat dipolskikt vid kontaktytan. Dessa intressanta egenskaper skapar tillsammans med den lilla kontaktytan en nanokontakt med starkt reducerad Schottkybarriär.
Resultaten från studien kan vara av stor betydelse och medföra att Schottkybarriären (och därmed de elektriska egenskaperna) kan skräddarsys genom smart design av kontaktytan mellan metall och halvledare. Detta skulle kunna utvecklas till en nyckelteknologi för vidare nedskalning av elektronik, säger Håkan Pettersson.
En annan mycket intressant tillämpning av dessa nanokontakter, som också demonstreras i artikeln, är att de kan användas som extremt små sensorer för detektering av ljus.
Bildtext:
Forskarna har lyckats skapa en elektrisk kontakt mellan en guldpartikel (till vänster) och en nanotråd till höger. Bilden är gjord med elektronimkroskopi.
Publikation:
Artikeln “Strong Schottky barrier reduction at Au-catalyst/GaAs-nanowire interfaces by electric dipole formation and Fermi-level unpinning” är publicerad i Nature Communications: DOI: 10.1038/ncomms4221
Kontakt:
Dr. Dmitry Suyatin, kontor: +46 46 222 34 03, dmitry.suyatin@ftf.lth.se
Prof. Håkan Pettersson, mobil: +46 702 455690, hakan.pettersson@ftf.lth.se eller hakan.pettersson@hh.se
Länk till originalartikeln:
www.nature.com/ncomms/2014/140203/ncomms4221/full/ncomms4221.html
