量子点晶体管——量子科技界变革性的突破

时间:2020-11-11 17:38:09来源:本站

美国加利福尼亚大学欧文分校洛杉矶阿拉莫斯国立研究所的研究者及其合作者利用被称为量子点的微小结构制作了基本的电子构筑块,将其用于功能逻辑电路的组装。 我们希望,这种创新能为可以通过基于解决方案的简单技术在化学实验室制造、可以为许多创新设备提供长期寻找的组件的复杂电子设备提供更便宜、更容易制造的东西方法。



通过沉积金(Au )和铟(In )的接点,研究者可以在同一基板上制作两种重要类型的量子点晶体管,为许多创新电子产品敞开了大门。


Victor Klimov说:“这种基于无毒量子点的电子设备的潜在应用包括印刷电路、柔性显示器、芯片实验室诊断、可穿戴设备、医疗测试、智能植入物、生物'是专门研究损耗阿拉莫斯半导体纳米晶的物理学家,作者论文岁)在10月19日的“Nature Communications”上发表了新结果。


几十年来,微电子技术依赖于特别制作的洁净室环境中加工的超高纯度硅。 最近,基于硅的微电子学受到了很多替代技术的挑战,这些替代技术可以通过廉价且容易获得的化学技术在洁净室外部制造复杂的电子电路。 在化学方法不太严格的环境下制作的胶体半导体纳米粒子就是这样的新技术。 由于这些小尺寸和直接由量子力学控制的独特属性,这些粒子被称为量子点。


胶体量子点由复盖有机分子的半导体核组成。 由于具有这样的混合特性,所以将容易理解的现有半导体的优点和分子系的化学多功能性结合起来。 这些特性对实现新的柔性电子电路有吸引力,该电路可以印刷在塑料、纸、甚至包括人体皮肤在内的几乎任何表面上。 这个功能可以在很多领域受益,包括家电产品、安全性、数字招牌和医疗诊断。


电子电路的重要元件是作为通过施加电压激活的电流的开关发挥作用的晶体管。 通常,晶体管分为成对的n型和p型器件,分别控制负电荷和正电荷的流动。 这种互补晶体管对是使微处理器、存储器芯片、图像传感器和其他电子设备成为可能的现代CMOS (互补金属氧化物半导体)技术的基础。 


用于基于p沟道和n沟道的CuInSe 2 CQD FET (分别为PFET和NFET )制造互补金属氧化物半导体(CMOS )反相器的处理工序。 


最初的量子点晶体管是大约20年前展示的。 但是,在同一量子点层集成互补的n型和p型器件仍然是长期的挑战。 另外,该领域的许多努力集中在铅和镉形成的纳米晶上。 这些元素是剧毒的重金属,极大地限制了演示设备的实用性。

 

加利福尼亚大学欧文分校的Los Alamos研究者及其合作者的团队通过使用不含硒化铜铟(CuInSe2)重金属的量子点,在解决毒性问题的同时,n的直接积分和p晶体管位于同一量子点层为了证明开发方法的实用性,他们制作了执行逻辑运算的功能电路。


基于CuInSe 2 CQD PFET和NFET制造CMOS NAND门的处理步骤。


Klimov及其同事根据其新论文提出的创新技术,他们可以应用两种不同的金属触点(分别是金和铟)来定义p型和n型晶体管。 他们通过在预先图案化的触点的上部堆积共同量子点层来完成器件。 克里莫夫说:“可以将任意数量的互补p型和n型晶体管直接集成到同一量子点层中,该量子点层可以通过标准旋涂法制作连续的无图案膜。 '该方法不需要对CQD层进行图案化,可以在FET接触和连接金属电路的堆积阶段“编程”器件功能。 这大大简化了将来实现设备小型化和大规模、高集成化的CMOS电路的工作。