Af Jørgen Sarlvit Larsen
Forskere hos franske CEA-Leti har i samarbejde med flere andre europæiske forskningsenheder demonstreret, at elektroner og andre ladningsbærere kan bevæge sig hurtigere i germanium-tin (GeSn) end i silicium eller germanium. Det muliggør lavere driftsspænding og mindre footprint i vertikale enheder end i planare ditto, og gør vertikale transistorer baseret på GeSn til lovende kandidater for fremtidige low-power og højtydende chips samt muligvis kvantum-computere. Dette fremgår af resultatet, som nyligt er publiceret i en artikel i tidsskriftet Nature Communications Engineering.
GeSn transistorer har en elektronmobilitet, der er 2,5 gange højere end i en sammenlignelig transistor baseret på ren germanium. GeSn er kompatibel med eksisterende CMOS processer, og transistorerne kan integreres direkte i konventionelle siliciumchips med eksisterende produktionsmetoder. En væsentlig fordel ved GeSn enhederne er desuden, at de kan gro i de samme epitaksiale reaktorer som Si og SiGe legeringer og monolitisk integreres på siliciumsubstrat.
I Nature-artiklen med titlen “Vertical GeSn Nanowire MOSFETs for CMOS Beyond Silicon”, fremgår det, at GeSn legeringer tilbyder justerbart energigab ved at variere Sn indholdet og justerbar bånd-offset i epitaksiale heterostrukturer med Ge og SiGe. En nylig rapport har således vist, at brugen af Ge(0,92)Sn(0,08) ovenpå Ge nanowire enheder øger ydelsen i p-MOSFET.
“Med epitaksial processen kan man fremstille flerlags enheder ved at duplikere den originale struktur, og det gøres ved gasagtig såkaldt precursor forbehandling ved lav temperatur i en CVD (chemical vapor deposition) reaktor, sagde Jean-Michel Hartmann, CEA Fellow og teamleder for gruppe-IV epitaxy forskningen hos CEA-Leti. Han har nyligt præsenteret et indlæg med titlen “Epitaxy of Group-IV Semiconductors for Nanoelectronics and Optoelectronics” på Electrochemical Society konferencen i Boston, hvor han modtog prisen “The Electronics and Photonics Division Award”.
– Forskningssamarbejdet har demonstreret potentialet for low-bandgap GeSn i avancerede transistorer med interessante elektriske egenskaber. Industrialiseringen af denne teknologi ligger dog stadig et godt stykke ude i fremtiden, men vi gør hele tiden fremskridt for state-of-the-art af denne teknologi og viser potentialet for GeSn legeringen som et fremtidigt kanalmateriale i transistorerne, tilføjede Jean-Michel Hartmann.
I forskningsarbejdet deltog foruden CEA-Leti også forskere fra ForschungsZentrum Jülich Tyskland, University of Leeds UK, IHP- Innovations for High Performance Microelectronics, Frankfurt (Oder) Tyskland og RWTH Aachen University Tyskland.
