Científicos de la Universidad de Warwick y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá han informado de que la “movilidad de los agujeros” más alta jamás medida en un material que funciona en la fabricación actual de semiconductores basados en silicio.
El silicio (Si) forma la base de la mayoría de los dispositivos semiconductores modernos, pero a medida que los componentes se compactan y se empaquetan más juntos, generan más calor y se acercan a límites de rendimiento fundamentales. El germanio (Ge), que apareció en algunos transistores ya en la década de 1950, está generando un interés renovado a medida que los investigadores encuentran formas de aprovechar sus propiedades eléctricas superiores manteniendo al mismo tiempo las ventajas de los métodos establecidos de fabricación de silicio.
Avances en nuevos materiales utilizando germanio colado en silicio
En un estudio publicado por el Dr. materiales hoyUn equipo dirigido por el Dr. Maksim Myronov de la Universidad de Warwick ha demostrado un gran avance para la electrónica de próxima generación. Los investigadores fabricaron una epicapa de germanio de un espesor nanométrico sobre silicio que se sometió a tensión de compresión. Esta estructura de ingeniería permite que la carga eléctrica se mueva más rápido que los materiales compatibles con el silicio conocidos anteriormente.
El Dr. Maksim Myronov, profesor asociado y líder del grupo de investigación de semiconductores del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, explica: “Los semiconductores tradicionales de alta movilidad como el arseniuro de galio (GaAs) son muy caros e imposibles de integrar en la producción convencional de silicio. (cs-GoS) los materiales cuánticos combinan movilidad líder a nivel mundial con escalabilidad industrial: cuántica práctica y clásica. Un paso clave hacia los circuitos integrados a gran escala”.
Cómo el equipo logró una movilidad ultraalta
Los investigadores crearon el innovador material haciendo crecer una fina capa de germanio sobre una oblea de silicio y luego aplicando una cantidad precisa de tensión de compresión. Esto ha creado una estructura cristalina excepcionalmente pura y ordenada que permite que las cargas eléctricas pasen con una resistencia mínima.
Durante las pruebas, el material alcanzó una movilidad en el agujero de 7,15 millones de centímetros.2 por voltio-segundo (en comparación con ~450 cm2 en el silicio industrial), un resultado sin precedentes que indica que los electrones y los huecos pueden atravesarlo mucho más fácilmente que en el silicio convencional. Estas mejoras podrían conducir a dispositivos electrónicos que funcionen más rápido y consuman menos energía.
Implicaciones para la electrónica y la tecnología cuántica del futuro
“Esto establece un nuevo punto de referencia para el transporte de carga en semiconductores del Grupo IV, materiales que se encuentran en el corazón de la industria electrónica mundial. Abre la puerta a dispositivos electrónicos y cuánticos más rápidos y con mayor eficiencia energética que son totalmente compatibles con las tecnologías existentes”, afirmó el Dr. Sergey Studenikin, director principal de investigación del Consejo Nacional de Investigación de Canadá.
Los resultados establecen una nueva y prometedora ruta hacia dispositivos semiconductores ultrarrápidos y de baja potencia. Los usos potenciales incluyen sistemas de información cuántica, qubits de espín, controladores criogénicos para procesadores cuánticos, aceleradores de inteligencia artificial y servidores energéticamente eficientes diseñados para reducir las demandas de enfriamiento en los centros de datos.
Este logro representa un logro significativo para el grupo de investigación de semiconductores de Warwick y destaca la creciente influencia del Reino Unido en la investigación de materiales semiconductores avanzados.
