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(Noticias de Nanowerk) Nuestra tecnología de chips actual se basa en gran medida en el silicio. Solo se añade una pequeña cantidad de germanio a componentes muy especiales. Pero hay buenas razones para usar proporciones más altas de germanio en el futuro: el compuesto semiconductor de silicio y germanio tiene ventajas decisivas en términos de eficiencia energética y frecuencias de reloj alcanzables en comparación con la tecnología de silicio actual.
El principal problema aquí es cómo hacer contactos confiables entre el metal y el semiconductor a nanoescala. Esto es mucho más difícil con una alta proporción de germanio que con silicio. Sin embargo, el equipo de la TU Viena, junto con equipos de investigación de Linz y Thun (Suiza), ahora ha demostrado que este problema se puede resolver con contactos hechos de aluminio cristalino de la más alta calidad y un sofisticado sistema de capas de germanio y silicio. Esto permite varias propiedades de contacto interesantes, especialmente para dispositivos optoelectrónicos y cuánticos (Pequeña“Transporte eléctrico dependiente de la composición en Si1−xgeX Nanoláminas con contactos monolíticos de Al de un solo elemento”).
El problema del oxígeno
«Cada capa de semiconductor se contamina automáticamente en los procesos convencionales, lo que simplemente no se puede prevenir a nivel atómico», dice Masiar Sistani del Instituto de Electrónica de Estado Sólido de la Universidad Tecnológica de Viena. En primer lugar, son los átomos de oxígeno los que se acumulan muy rápidamente en la superficie de los materiales: se forma una capa de óxido.
Sin embargo, con el silicio esto no es un problema: el silicio siempre forma exactamente el mismo tipo de óxido. “Pero con el germanio, las cosas son mucho más complicadas”, explica Masiar Sistani. “En este caso, hay toda una gama de diferentes óxidos que se pueden formar. Sin embargo, esto significa que diferentes componentes nanoelectrónicos pueden tener composiciones superficiales muy diferentes y, por lo tanto, diferentes propiedades electrónicas”.
Si ahora desea conectar un contacto metálico con estos componentes, tiene un problema: incluso si se esfuerza mucho por producir todos estos componentes exactamente iguales, inevitablemente hay grandes diferencias, y eso hace que el material sea complejo de manejar para su uso en la industria de los semiconductores.
«La reproducibilidad es un gran problema», dice el profesor Walter Weber, director del Instituto de Electrónica de Estado Sólido de la Universidad Tecnológica de Viena. “Si utiliza germanio-silicio rico en germanio, no puede estar seguro de que el componente electrónico realmente tenga las propiedades que necesita después de que se hayan aplicado los contactos.” Esto significa que este material solo se usa de forma limitada en la producción de chips.
Lástima, porque el silicio-germanio tendría ventajas decisivas: «La concentración de portadores de carga es mayor, especialmente los portadores de carga positiva, los llamados «agujeros», pueden moverse mucho más eficientemente en este material que en el silicio. Por lo tanto, el material permitiría frecuencias de reloj mucho más altas con una mayor eficiencia energética que nuestros chips de silicio actuales», dice Lukas Wind, estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Walter Weber.
La interfaz “perfecta”
Sin embargo, el equipo de investigación ahora ha podido mostrar cómo se puede resolver el problema: han encontrado un método para producir interfaces perfectas entre los contactos de aluminio y los componentes de silicio-germanio a escala atómica. En un primer paso, se produce un sistema de capas a partir de una fina capa de silicio y el material real a partir del cual se fabricarán los componentes electrónicos: silicio-germanio.
Mediante el calentamiento controlado de la estructura, ahora se puede establecer contacto entre el aluminio y el silicio: alrededor de los 500 grados centígrados, hay una difusión pronunciada, los átomos pueden dejar su lugar y comenzar a migrar. Los átomos de silicio y germanio se mueven con relativa rapidez hacia el contacto de aluminio, y el aluminio llena el espacio vacío.
«Debido a la dinámica de difusión en el sistema de capas utilizado, se crea una interfaz entre el aluminio y el germanio de silicio con una capa de silicio delgada como una oblea en el medio», explica Masiar Sistani. Debido a este proceso de fabricación, los átomos de oxígeno nunca tienen la oportunidad de alcanzar esta interfaz atómicamente nítida y altamente pura.
«Nuestros experimentos muestran que estos puntos de contacto se pueden producir de forma fiable y con buena reproducibilidad», dice Walter Weber. “Los sistemas tecnológicos necesarios para ello ya se están utilizando en la industria de los chips. Por lo tanto, no es solo un experimento de laboratorio, sino un proceso que podría usarse con relativa rapidez en la industria de los chips”.
La ventaja decisiva del proceso de fabricación presentado es que se pueden producir contactos de alta calidad independientemente de la composición de silicio-germanio. «Estamos convencidos de que los contactos metal-semiconductores abruptos, robustos y fiables presentados son de gran interés para un gran número de nuevos componentes nanoelectrónicos, optoelectrónicos y mecánicos cuánticos», dice Walter Weber.
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