ایجاد اکسیدهای تولیدکننده‌ی گاز الکترونی


نتایج همایش نهایی پروژه NanoCap

پژوهشگرانی به رهبری پروفسور چانگ بیوم ایوم، از
دانشگاه علوم و مهندسی مواد ویسکونسین-مادیسون، شیوه‌ای جدید را برای تولید
ساختارهایی بر پایه‌ی اکسیدهای الکترونیکی که روی بستر سیلیکونی نشانده
می‌شوند، ارائه کردند. ایوم می‌گوید:«ساختارهای ما مانند دیگر ابزارهای
الکترونیکی بر پایه‌ی اکسید، با مجتمع شدن با سیلیکون، کاربردهای گسترده‌ای
را مانند حافظه‌های نسل آینده یا ترانزیستورهای بسیار کوچک در
نانوالکترونیک، پیدا می‌کنند».

اصطلاح اکسید، به ترکیبی گفته می‌شود که جزء اصلی آن اکسیژن است. اکسیدها
شامل میلیون‌ها ترکیب هستند که هر کدام خواص منحصربه‌فردی دارند و در
الکترونیک و نانوالکترونیک ارزشمند هستند.

معمولاً مواد اکسیدی قادر به رشد روی سیلیکون نیستند؛ زیرا اکسید و سیلیکون
دارای ساختارهای بلوری متفاوت و ناسازگار با هم هستند. شیوه‌ی ایوم برای
نشاندن ساختار اکسیدی بر روی سیلیکون، رشد تک‌‌بلور، آنیل مجدد و حکاکی
کردن را ترکیب می‌کند. چنین کار ارزشمندی، بسیاری از چالش‌های پیچیده را حل
می‌کند.

این فرایند جدید، منجر به ایجاد ساختاری می‌شود که لایه‌هایی به ضخامت سه
اتم از اکسید لانتانیوم- آلومینیوم را به اکسید استرانتیوم- تیتانیوم متصل
کرده، سپس کل ساختار را روی بستری از سیلیکون قرار دهد.

این دو اکسید بسیار مهم هستند؛ زیرا «گاز الکترونی» در سطح مشترک لایه‌های
آنها شکل می‌گیرد و یک میکروسکوپ پروبی روبشی می‌تواند این لایه‌ی گازی را
رسانا نماید. سوزن میکروسکوپ با دقت نانومتری در طول سطح حرکت کرده و طرحی
از الکترون‌ها را به جای می‌گذارد که منجر به ایجاد لایه‌ای از گاز به
ضخامت یک نانومتر می‌شود. گروه ایوم با استفاده از سوزن، توانستند خطوطی از
الکترون‌ها را رسم کنند و نانوسیم‌های رسانا را بسازند، همچنین پژوهشگران
با حذف این خطوط، موفق به حذف رسانایی قسمتی از گاز شدند.

برای مجتمع کردن اکسیدها بر روی سیلیکون، باید عیوب بلورها کمترین مقدار
ممکن باشد و پژوهشگران باید سطح مشترک را با دقت اتمی کنترل کنند؛ به‌ویژه
لایه‌ی بالایی اکسید استرانتیوم- تیتانیوم باید کاملاً خالص باشد تا با
لایه‌ی‌ اکسید لانتانیوم خالص که زیر اکسید لانتانیوم- آلومینیوم است،
هم‌خوانی داشته باشد؛ چرا که در غیر این صورت، بین دو لایه‌ی اکسید، لایه‌ی
گازی تشکیل نمی‌شود. به‌طور کلی، کل ساختار طوری تنظیم می‌شود که با سطح
سیلیکونی زیرین سازگار باشد.

این گروه تحقیقاتی، متشکل از دانشجویان دکتری و کارشناسی ارشد دانشگاه‌های
میشیگان و پیتزبورگ است و مؤسسه‌ی علوم ملی حامی این تحقیقات است.

جزئیات این پژوهش، 19 اکتبر در مجله‌ی Nature Communications منتشر
شده‌است.