Un grupo de investigación dirigido por Naoki Fukata, Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales, Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS), y un grupo de investigación del Instituto de Tecnología de Georgia desarrollaron conjuntamente un nanoalambre de doble capa, que consta de un núcleo de germanio (Ge) y una capa de silicio (Si), que es un material prometedor para canales de transistores de alta velocidad. Además, los grupos verificaron que la capa de Si, que estaba dopado con impurezas, y la capa Ge, que transporta transportistas, no estaban entremezclados, y que los portadores se generaron en la capa de Ge. Estos resultados sugieren que el nuevo nanoalambre puede suprimir eficazmente la dispersión de impurezas, que había sido un problema con los nanocables convencionales, dando así un gran paso hacia la realización de un transistor de alta velocidad de próxima generación.

Con respecto al desarrollo de transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico bidimensionales (MOSFET), que ahora se utilizan ampliamente, Se señaló que los esfuerzos por miniaturizar el MOSFET utilizando tecnología convencional habían llegado al límite. Para hacer frente a este problema, el desarrollo de un transistor vertical tridimensional, en lugar de un transistor bidimensional, se propuso como un nuevo enfoque para lograr una alta integración (Figura 1). Se sugirió el uso de nanocables semiconductores como canales, la parte más vital del transistor 3-D. Sin embargo, había un problema con este método:en nanocables con un diámetro de menos de 20 nm, impurezas dopadas en los nanocables para generar portadores hicieron que los portadores se dispersaran, lo que a su vez disminuyó su movilidad.

Al desarrollar nanocables que constan de un núcleo de Ge y una capa de Si, los grupos de investigación lograron crear canales de alta movilidad capaces de separar las regiones dopadas con impurezas de las regiones de transporte de portadores, suprimiendo así la dispersión de impurezas. Los grupos también verificaron con éxito el desempeño de los canales. Los portadores se generan en la capa de Si de los nanocables, extendido en el núcleo de Ge, y moverse en el núcleo. Debido a que la movilidad del portador es mayor en la capa de Ge que en la capa de Si, esta estructura de nanocables aumenta la movilidad del portador. Además, esta estructura también suprime el efecto de la dispersión superficial, que ocurre comúnmente en nanocables convencionales. Es más, los grupos verificaron que la concentración de portadores se puede controlar por la cantidad de dopaje.

Debido a que la creación de la estructura núcleo-capa solo requiere materias primas simples:silicio y germanio, es factible fabricar los nanotubos a bajo costo. En estudios futuros, planeamos construir dispositivos que empleen la estructura core-shell, y evaluar su potencial como dispositivos de alta velocidad evaluando sus características y desempeño.

Este estudio se llevó a cabo como parte del proyecto de investigación titulado "Control del transporte de portadores por dopaje controlado por posición de nanocables de heterounión núcleo-capa" (Naoki Fukata, investigador principal) financiado por el programa de subvenciones para la investigación científica (A) de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia, y el proyecto del tercer programa de mitad de período del NIMS sobre nanotecnología química. El estudio fue publicado en la versión en línea de ACS NANO el 11 de noviembre 2015.