15.06.2017

На физическом факультете МГУ создали одноэлектронный транзистор на основе 3-х атомов фосфора

Ученые лаборатории «Криоэлектроника» физического факультета провели исследования по разработке, созданию и изучению вычислительных электронных устройств на новых физических принципах. Физикам МГУ удалось создать одноэлектронный транзистор на основе 3-х атомов фосфора. О своей работе ученые рассказали в статье, которая была опубликована в журнале Nanotechnology.

«В серии последовательных процессов реактивно-ионного травления (РИТ) кремниевой структуры одноэлектронного транзистора удалось наблюдать по диаграммам стабильности постепенную трансформацию устройства от классического состояния с макроскопическим островом до одноатомного состояния, когда электронный транспорт в транзисторе осуществлялся через единичные примесные атомы», - рассказал автор статьи, старший научный сотрудник лаборатории «Криоэлектроника» физического факультета МГУ Владимир Крупенин

Рис 1. a) - концентрация (левая ось) и среднее расстояние между атомами фосфора (правая ось) в слое Si слоя. b) - d) - этапы изготовления транзистора (окраска цветами: темно-синий - верхний Si слой, зеленый – Cr электроды, серый – Al маска, коричневый - SiO2 изолирующий слой): b) - структура до реактивно-ионного травления (РИТ) Si слоя; c) - структура после анизотропного РИТ Si слоя; (d): структура после первого изотропного РИТ с зазором в центре Si наномостика.

Оптимизированные технологические процессы для изготовления нового устройства из кремния на изоляторе (КНИ) позволили увеличить коэффициент управления транзистора за счет приближения управляющего затвора к области локализации примесных атомов. Созданный сотрудниками факультета и НИИЯФ транзистор позволил изучить закономерности параллельного переноса электронов через три примесных атома фосфора. В результате исследования удалось обнаружить характерное расщепление кулоновских токовых треугольников, которое ранее было предсказано в теоретических работах.

Рис. 2. (a): расщепление токового треугольника; (b): поперечное сечение токового треугольника при низких туннельных напряжениях V = 2 мВ (S1) и V = 3 мВ (S2).

«По обнаруженному расщеплению удалось оценить среднее расстояние между примесными атомами фосфора в мостике транзистора. Продолжающиеся исследования проводятся в направлении поиска оптимальных кристаллических материалов и примесных атомов, которые определяют рабочую температуру одноатомного одноэлектронного транзистора и уровень его шумов. Исследователи надеются увеличить рабочую температуру подобных устройств вплоть до комнатной. Уже в ближайшее время планируется изготовление одноатомных транзисторов на основе нетрадиционных для полупроводниковой промышленности примесных атомов и кристаллических подложек», - заключил ученый.

Работа сотрудников физического факультета МГУ поддержана Российским Научным Фондом.