Bilim adamları tek atomlu transistörler için yeni bir tarif oluşturuyor
11 Mayıs 2020
admin
Paylaş
    

        

Scientists create new recipe for single-atom transistors

Düşünülemez olduğunda, sadece birkaç atomlu kümelerden ve hatta tek atomlardan oluşan transistörler, benzersiz belleğe sahip yeni nesil bilgisayarların yapı taşları olmayı vaat ediyor ve işleme gücü. Ancak bu minik transistörlerin (minyatür elektrik açma-kapama anahtarları) tam potansiyelini gerçekleştirmek için araştırmacılar, bu kötü şöhretli bileşenlerin çoğunu kopyalamak için bir yol bulmalıdır.                                                                                             

      

Şimdi, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (NIST) araştırmacılar ve Maryland Üniversitesi’ndeki meslektaşları, atom ölçekli cihazları üretmek için adım adım bir tarif geliştirdiler. Bu talimatları kullanarak, NIST liderliğindeki ekip dünyada tek atomlu bir transistör inşa eden ikinci ve cihazların geometrisi üzerinde atom ölçeği kontrollü bir dizi tekli elektron transistör üreten ilk kişi oldu.

Bilim adamları, bireysel elektronların fiziksel bir boşluk veya elektrik bariyerinden

geçme hızını tam olarak ayarlayabileceklerini gösterdiler. transistörlerinde – klasik fizik elektronların bunu yapmasını yasaklasa da, yeterli enerjileri olmadığı için. Bu kuantum fenomeni ,

olarak bilinir kuantum tünelleme , sadece minyatür transistörlerde olduğu gibi boşluklar çok küçük olduğunda önemlidir. Kuantum tünelleme üzerinde kesin kontrol önemlidir çünkü transistörlerin “ kuantum mekaniği Scientists create new recipe for single-atom transistors ile mümkün olan bir şekilde” birbirine dolanmasını “veya birbirine bağlanmasını sağlar ve kuantum hesaplamada kullanılabilecek kuantum bitleri (kübitler) oluşturmak için yeni olasılıklar açar.

Tek atomlu ve birkaç atomlu transistör üretmek için ekip, bilinen bir tekniğe dayanıyordu silikon çip, silikona kolayca bağlanan bir hidrojen atomu tabakası ile kaplıdır. Bir tarama tünelleme mikroskobunun ince ucu daha sonra seçilen bölgelerdeki hidrojen atomlarını çıkardı. Kalan hidrojen bir bariyer görevi gördü, böylece takım fosfin gazı (PH 3

) silikon yüzeyinde, bireysel PH 3 sadece hidrojenin uzaklaştırıldığı yerlere bağlı moleküller (animasyona bakınız). Araştırmacılar daha sonra silikon yüzeyi ısıttı. PH’dan ısıtılan hidrojen atomları 3 ve geride kalan fosfor atomunun içine gömülmesine neden oldu yüzey. Ek işleme ile bağlı fosfor atomları, kubit olma potansiyeline sahip bir dizi oldukça kararlı tek veya birkaç atomlu cihazın temelini oluşturdu.                                                                                                                                                                                           

NIST ekipleri tarafından tasarlanan yöntemdeki adımlardan ikisi – fosfor atomlarını koruyucu silikon tabakalarıyla mühürlemek ve daha sonra gömülü atomlarla elektrik teması yapmak – güvenilir bir şekilde imal etmek için gerekli görünmektedir. NIST araştırmacısı Richard Silver, atomik olarak hassas cihazların çoğunun kopyalarını söyledi.

Geçmişte, araştırmacılar kusurları gidermek ve silikonun tek atomlu cihazları entegre etmek için gerekli saf kristal yapıya sahip olmasını sağlamak için tüm silikon katmanları büyüdükçe tipik olarak ısı uyguladılar geleneksel silikon çipli elektrikli bileşenler. Ancak NIST bilim adamları, bu tür ısıtmanın bağlı fosfor atomlarını yerinden oynatabileceğini ve potansiyel olarak atom ölçekli cihazların yapısını bozabileceğini buldular. Bunun yerine, ekip ilk birkaç silikon tabakayı oda sıcaklığında bıraktı ve fosfor atomlarının kalmasına izin verdi. Sadece sonraki katmanlar bırakıldığında ekip ısı uyguladı.

Küçük transistörlerin tam potansiyelini gerçekleştirmek için, araştırmacılar bu kötü şöhretli üretim bileşenlerinin birçok kopyasını yapmak için bir yol bulmalıdır. Bu animasyon, NIST bilim adamları ve meslektaşları tarafından bu atom ölçekli cihazları üretmek için tasarlanan adım adım tarifi göstermektedir. Kredi bilgileri: S. Kelley / NIST

“Katmanları uygulama yöntemimizin daha kararlı ve hassas atom ölçekli cihazlar sağladığına inanıyoruz,” dedi Silver. Tek bir atomun bile yerinde olmaması, tek veya küçük atom kümeleri içeren elektrikli bileşenlerin iletkenliğini ve diğer özelliklerini değiştirebilir.

Ekip ayrıca bir devrenin parçası olarak çalışabilmeleri için gömülü atomlarla elektrik teması kurmanın önemli adımı için yeni bir teknik geliştirdi. NIST bilim adamları, silikon yüzeyindeki silikon gömülü cihazın seçilen bileşenlerinin hemen üstünde bulunan belirli bölgelere uygulanan bir palladyum metal tabakasını hafifçe ısıtıyordu. Isıtılmış paladyum, silikondan doğal olarak silikonun içine nüfuz eden ve fosforla temas eden palladyum silisit adı verilen elektrik iletken bir alaşım oluşturmak için silikonla reaksiyona girdi atomu .

Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler , Silver ve meslektaşları Xiqiao Wang, Jonathan Wyrick, Michael Stewart Jr. ve Curt Richter, iletişim yöntemlerinin yaklaşık% 100 başarı oranına sahip olduğunu vurguladı. Wyrick, bu önemli bir başarı. “Dünyanın en iyi tek atomlu transistör cihazına sahip olabilirsiniz, ancak onunla temas kuramazsanız, işe yaramaz” dedi.

Tek atomlu transistörlerin imalatı “herkesin dişlerini kesmesi gereken zor ve karmaşık bir süreçtir, ancak diğer takımların devam etmesi gerekmeyen adımlar attık deneme yanılma yoluyla, “dedi Richter.

Bugün yayınlanan ilgili çalışmalarda İletişim Fiziği , Silver ve meslektaşları tek elektronlu transistörlerde tek tek elektronların atomik olarak hassas tünel bariyerleri üzerinden tünelleme hızını tam olarak kontrol edebildiklerini gösterdiler. NIST araştırmacıları ve meslektaşları bir dizi tek elektron üretti Tünelleme boşluğunun boyutundaki farklılıklar hariç transistörler her şekilde aynıdır. Akım akışının ölçümleri, transistör bileşenleri arasındaki boşluğu bir nanometreden (bir metrenin milyarda biri) daha az artırarak veya azaltarak, ekibin tek bir elektronun transistörden akışını öngörülebilir bir şekilde tam olarak kontrol edebileceğini gösterdi.

“Kuantum tünelleme, kübitlerin yapımı da dahil olmak üzere herhangi bir kuantum cihazı için çok temel olduğundan, bir seferde bir elektronun akışını kontrol etme yeteneği önemli bir başarıdır.” Dedi. Buna ek olarak, mühendisler küçük bir bilgisayar çipinde giderek daha fazla devre topladıkça ve bileşenler arasındaki boşluk azalmaya devam ettikçe, kuantum tünellemenin etkilerini anlamak ve kontrol etmek daha da kritik hale gelecektir.                                                                                                                          


                                        


                                                                                                                                                                                                                                                   

                                            

Alıntı:                                                  Bilim adamları tek atomlu transistörler için yeni bir tarif yaratıyorlar (2020, 11 Mayıs)                                                  11 Mayıs 2020                                                  https://phys.org/news/2020-05-scientists-recipe-single-atom-transistors.html adresinden                                             

                                            

                                            Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, hayır                                             kısmı yazılı izin alınmadan çoğaltılabilir. İçerik yalnızca bilgi amaçlıdır.