科学家研发处于张紧状态的纳米线为超高速晶体管奠定了基础

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时间： 2022-02-09

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基于半导体纳米线的新概念有望使微电子电路中的晶体管更好、更高效。电子迁移率在其中起着关键作用。电子在这些细线中加速越快，晶体管的开关速度就越快，所需的能量就越少。来自亥姆霍兹-德累斯顿-罗森道夫中心（HZDR）、德累斯顿工业大学和NaMLab的一个研究小组现在已经成功地通过实验证明，当外壳将线芯置于拉伸应变之下时，纳米线中的电子迁移率明显增强。这一现象为开发超高速晶体管提供了新的机会。

纳米线有一个独特的特性。这些超薄的线可以承受非常高的弹性应变而不损坏材料的晶体结构。而这些材料本身却并不罕见。例如，砷化镓被广泛用于工业制造，并且已知其具有较高的内在电子迁移率。为了进一步提高这种流动性，德累斯顿的研究人员生产了由砷化镓芯和砷化铟铝壳组成的纳米线。不同的化学成分导致壳和芯的晶体结构具有轻微不同的晶格间距。这导致壳对更薄的芯施加了很高的机械应力。核心中的砷化镓改变了其电子特性。这就影响了核心中电子的有效质量。电子变得更轻，可以说，这使它们更具流动性。

最初的理论预测现在已经被最近发表的研究报告中的研究人员通过实验证明。我们知道，核心的电子在拉伸紧张的晶体结构中应该有更大的流动性。但我们不知道的是，线壳会在多大程度上影响核心中的电子移动性。核心非常薄，允许电子与外壳相互作用并被其散射。一系列的测量和测试证明了这种效果。尽管与外壳有相互作用，但在室温下，被调查的线芯中的电子比无应变的可比纳米线或散装砷化镓中的电子快约30%。

研究人员通过应用非接触式光学光谱学来测量电子迁移率。使用一个光学激光脉冲，他们让电子在材料内部自由活动。科学家们选择了光脉冲的能量，使外壳看起来对光几乎透明，而自由电子只在线芯中产生。随后的高频太赫兹脉冲使自由电子发生振荡。将结果与模型相比较，可以发现电子是如何移动的。它们的速度越高，遇到的障碍越少，振荡持续的时间就越长。

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