Estirar una capa de silicio puede generar tensión mecánica interna que puede mejorar considerablemente sus propiedades electrónicas. Con silicio colado, uno puede, por ejemplo, Construya microprocesadores más rápidos y que consuman menos energía.

Investigadores del Instituto Paul Scherrer y la ETH de Zúrich han desarrollado un método que les permite producir alambres altamente tensos de 30 nanómetros de espesor en una capa de silicio. Esta tensión es la más alta jamás observada en un material que puede servir como base para componentes electrónicos. El objetivo es producir transistores de alto rendimiento y baja potencia para microprocesadores basados ​​en dichos cables. Como punto de partida, el método utiliza un sustrato con una capa de silicio que ya está sometida a una tensión baja. Grabando selectivamente el material circundante, se produce un alambre delgado en la capa de silicio que cuelga como un pequeño puente sobre un desfiladero, con la mayor cepa concentrada en su punto más estrecho. Los investigadores informan de sus resultados en el último número de la revista en línea. Comunicaciones de la naturaleza .

Existen posibilidades limitadas para aumentar la eficiencia de los microprocesadores basados ​​en tecnología de silicio al disminuir el tamaño de los elementos de construcción individuales. Pero hay otras formas prometedoras que en cierta medida ya se utilizan en la industria, como estirar o comprimir silicio, creando así una tensión mecánica que ayuda a mejorar las propiedades electrónicas del material. Por ejemplo, la tensión en la dirección correcta aumenta significativamente la movilidad de los electrones, lo que hace que los transistores sean elementos de conmutación mucho más rápidos. "En realidad, no hay magia detrás de la acumulación de tensión en un cable, solo tienes que tirar con fuerza de ambos extremos", explica Hans Sigg del Laboratorio de Micro y Nanotecnología del Instituto Paul Scherrer. "El desafío es implementar un cable de este tipo en un estado estresado en un componente electrónico".

Puente de silicio de 30 nm de ancho

Los investigadores del Instituto Paul Scherrer han desarrollado un método para crear cables de silicio que están estrechamente conectados al material circundante y están bajo una tensión que es más del doble de la que se usa en los componentes contemporáneos. Como material inicial, han utilizado un sustrato producido industrialmente con una capa de silicio ligeramente estresada fijada sobre una capa de óxido de silicio enterrada. "Para nosotros era importante demostrar que nuestro método es compatible con los métodos de fabricación y los materiales de la industria", dice Hans Sigg. "Puede imaginarse que el material se tira en todas las direcciones antes de que se adhiera a la subcapa de óxido", explica Renato Minamisawa del Instituto Paul Scherrer, quien realizó los experimentos junto con Martin Süess de ETH Zürich. "El sustrato mantiene la capa en su lugar para que no se pueda contraer más".

En el proceso, partes elegidas inteligentemente de la capa de silicio y la subcapa de óxido son eliminadas por los respectivos agentes de grabado, para crear un alambre delgado a partir de la capa de silicio (30 nanómetros de ancho y 15 nanómetros de espesor) que se adhiere al resto del material solo en sus extremos. El método es ejemplar para las posibilidades de la nanotecnología moderna. De este modo, miles de tales alambres se pueden producir con precisión en un estado de tensión bien definido. Por tanto, el método es muy fiable. "E incluso es escalable, lo que significa que los cables se pueden fabricar tan pequeños como desee ", Señala Sigg.

Transistores más rápidos a través de altas tensiones

"Dado que toda la fuerza que se distribuía en un área más grande antes del grabado ahora tiene que concentrarse en el alambre, se crea una alta tensión en su interior ", dice Minamisawa, "La tensión más fuerte jamás generada en el silicio; probablemente incluso la más fuerte que se pueda obtener antes de que se rompa el material". La espectroscopia Raman y la simulación por computadora se llevaron a cabo en el Laboratorio de Nanometalurgia bajo la dirección de Ralph Spolenak en la ETH, para medir la distribución de tensiones en detalle. En el futuro, Estos cables también se estudiarán en Swiss Light Source (SLS) del Instituto Paul Scherrer. El objetivo de tales experimentos será especialmente determinar cuánto han cambiado las propiedades electrónicas del material.

El objetivo final sería utilizar estos nanocables de silicio como transistores rápidos dentro de microprocesadores. Lograr esto, los investigadores ahora investigarán, con socios, cómo incrustar estos cables en una estructura de transistor. Para ese propósito, los cables deben ser "dopados", es decir, provisto de pequeñas cantidades de átomos de otros elementos, "envuelto" en un óxido fino y provisto de contactos metálicos. "Pero incluso si no terminan en aplicaciones microelectrónicas, Nuestra investigación podría mostrar cuáles son realmente los límites de la electrónica de silicio, "explica Minamisawa.