گروهی از محققان آمریکایی با استفاده از نانوسیم‌های بسیار باریک سیلیکونی ترانزیستورهایی ساخته‌اند که به دلیل اثر محدودیت کوانتومی در نانوسیم‌ها، عملکرد بسیار خوبی دارند.
بهبود عملکرد ترانزیستورها با استفاده از اثرات کوانتومی
گروهی از محققان دانشگاه تگزاس در دالاس با استفاده از نانوسیم‌های بسیار باریک
سیلیکونی ترانزیستورهایی ساخته‌اند که به‌دلیل اثر محدودیت کوانتومی در نانوسیم‌ها،
عملکرد بسیار خوبی دارند.
در این مطالعه پژوهشگران با استفاده از لیتوگرافی نانوسیم‌های سیلیکونی با قطر تنها
۳ تا ۵ نانومتر تولید کردند. نانوسیم‌های سیلیکونی در این ابعاد اثرات محدودیت
کوانتومی را تجربه می‌کنند که این امر موجب تغییر ویژگی‌های آنها نسبت به سیلیکون
توده‌ای می‌شود. ترانزیستورهای ساخته شده با این نانوسیم‌ها بهبود قابل ملاحظه‌ای
در تحرک‌پذیری حفره و دانسیته بار از خود نشان می‌دهند. این ویژگی‌ها موجب می‌شوند
که ترانزیستور سریع‌تر و موثرتر عمل کند. عملکرد این ترانزیستورها حتی از
ترانزیستورهای نانوسیمی سیلیکونی دیگری که اخیراً به روش دُپ کردن تولید شده‌اند،
بهتر است.
والتر هو، یکی از اعضای این گروه تحقیقاتی می‌گوید: «اهمیت این تحقیق در این است که
نشان داده‌ایم افزایش درجه محدودیت کوانتومی کانال سیلیکونی موجب افزایش تحرک‌پذیری
بار می‌شود».
شاید در ابتدا منطقی به نظر نرسد که تحرک‌پذیری بار در سیم باریک‌تر بالاتر از سیم
بزرگ‌تر است. اما همانگونه که این محققان توضیح می‌دهند، اثرات محدودیت کوانتومی از
طریق محدود کردن حفرات به محدوده یکنواخت‌تری از انرژی، موجب افزایش تحرک حامل‌های
بار می‌شود. با وجودی که در سیلیکون توده‌ای حفراتِ دخیل در ایجاد جریان توزیع
انرژی بسیار وسیعی دارند، این توزیع انرژی در حفرات نانوسیم‌ها بسیار باریک است.
داشتن حفراتی با انرژی و در نتیجه جرم مشابه، پخش حامل‌های بار در نانوسیم‌ها را
کاهش داده و این امر به نوبه خود تحرک‌پذیری و چگالی جریان را افزایش می‌دهد. این
محققان با مقایسه عملکرد نانوسیم‌های کوچک با نانوتسمه‌هایی که به روش مشابهی ساخته
شده‌اند، نشان داده‌اند که افزایش درجه محدودیت کوانتومی منجر به افزایش تحرک‌پذیری
بار می‌شود.
همانگونه که محققان ذکر می‌کنند، ساخت ترانزیستور نانوسیمی سیلیکونی با قطر زیر ۵
نانومتر در مقایسه با روش‌های دیگر ساخت نانوسیم‌ها که در آنها از راهکارهای پایین
به بالا و اتصالات دُپ شده و دُپ کردن کانالی استفاده می‌شود، نسبتاً ساده است.
یکی از کاربردهای مد نظر این پژوهشگران، استفاده از این نانوسیم‌ها در تولید
حسگرهای زیستی ارزان و بسیار حساس است، چرا که حساسیت حسگرهای زیستی با کاهش قطر
نانوسیم افزایش می‌یابد.
جزئیات این پژوهش در مقاله‌ای با عنوان:
““Quantum Confinement Induced Performance Enhancement in Sub-5-nm Lithographic
Si Nanowire Transistors”
در مجله Nano Letters منتشر شده است.
