게르마늄 덕분에 더 빠르고 효율적인 컴퓨터 칩

[아름이]

게르마늄 덕분에 더 빠르고 효율적인 컴퓨터 칩
날짜:
2022년 11월 8일
원천:
비엔나 공과대학교
요약:
우리의 현재 칩 기술은 실리콘-게르마늄과 같은 다른 재료가 결정적인 이점을 가질지라도 주로 실리콘을 기반으로 합니다. 문제는 실리콘-게르마늄 금속 사이에 깨끗한 접점을 만드는 것이 매우 어렵다는 것입니다. 이러한 연락처를 만드는 새로운 방법이 발견되었습니다.

우리의 현재 칩 기술은 주로 실리콘을 기반으로 합니다. 아주 특별한 부품에만 소량의 게르마늄이 첨가됩니다. 그러나 미래에 더 높은 게르마늄 함량을 사용해야 하는 충분한 이유가 있습니다. 화합물 반도체 실리콘-게르마늄은 에너지 효율성 및 달성 가능한 클록 주파수 측면에서 오늘날의 실리콘 기술보다 결정적인 이점이 있습니다.

여기서 주요 문제는 안정적인 방식으로 금속과 반도체 사이의 접촉을 나노 스케일로 확립하는 것입니다. 이것은 실리콘보다 게르마늄의 비율이 높으면 훨씬 더 어렵습니다. 그러나 TU Wien의 팀은 Linz 및 Thun(스위스)의 연구팀과 함께 매우 고품질의 결정질 알루미늄으로 만들어진 접점과 정교한 실리콘 게르마늄 층 시스템으로 이 문제가 해결될 수 있음을 보여주었습니다. 이것은 특히 광전자 및 양자 구성 요소에 대해 다양한 흥미로운 접촉 특성을 가능하게 합니다.

산소의 문제

"모든 반도체 층은 기존 공정에서 자동으로 오염됩니다. 이것은 원자 수준에서 단순히 방지할 수 없습니다."라고 TU Wien의 고체 상태 전자 연구소(Institute for Solid State Electronics)의 Masar Sistani가 말했습니다. 가장 먼저, 물질의 표면에 매우 빠르게 축적되는 것은 산소 원자입니다. 즉, 산화물 층이 형성됩니다.

그러나 실리콘의 경우 이는 문제가 되지 않습니다. 실리콘은 항상 정확히 동일한 종류의 산화물을 형성합니다. "그러나 게르마늄의 경우 상황이 훨씬 더 복잡합니다."라고 Masir Sistani가 설명합니다. "이 경우 형성할 수 있는 다양한 산화물이 있습니다. 그러나 이는 다른 나노전자 장치가 매우 다른 표면 조성을 가질 수 있고 따라서 다른 전자 특성을 가질 수 있음을 의미합니다."

이제 이러한 구성 요소에 금속 접점을 연결하려는 경우 문제가 있습니다. 이러한 모든 구성 요소를 정확히 동일한 방식으로 생산하려고 매우 열심히 노력하더라도 여전히 필연적으로 큰 차이가 있으며, 이는 재료를 복잡하게 만듭니다. 반도체 산업에서 사용하기 위한 핸들.

"재현성은 큰 문제입니다."라고 TU Wien의 솔리드 스테이트 전자 연구소 소장인 Walter Weber 교수는 말합니다. "게르마늄이 풍부한 실리콘 게르마늄을 사용하는 경우 전자 부품에 접점을 배치한 후 실제로 필요한 특성을 갖게 될지 확신할 수 없습니다." 결과적으로 이 재료는 칩 생산에서 제한된 정도로만 사용됩니다.

실리콘 게르마늄은 결정적인 이점이 있기 때문에 유감입니다. "전하 캐리어 농도가 더 높으며 특히 양전하 캐리어, 이른바 "홀"이 실리콘보다 이 재료에서 훨씬 더 효율적으로 이동할 수 있습니다. 따라서 재료는 Walter Weber의 연구 그룹에서 박사 과정 학생인 Lukas Wind는 현재의 실리콘 칩보다 에너지 효율성이 높아져 훨씬 더 높은 클록 주파수를 허용합니다.

"완벽한" 인터페이스

그러나 이제 연구팀은 문제가 어떻게 해결될 수 있는지 보여줄 수 있었습니다. 그들은 원자 규모에서 알루미늄 접점과 실리콘 게르마늄 구성 요소 사이의 완벽한 인터페이스를 만드는 방법을 찾았습니다. 첫 번째 단계에서는 얇은 실리콘 층과 전자 부품이 만들어지는 실제 재료인 실리콘-게르마늄으로 레이어 시스템이 생성됩니다.

제어된 방식으로 구조를 가열함으로써 이제 알루미늄과 실리콘 사이에 접촉이 생성될 수 있습니다. 약 섭씨 500도에서 독특한 확산이 발생하고 원자가 제자리를 떠나 이동하기 시작할 수 있습니다. 실리콘과 게르마늄 원자는 상대적으로 빠르게 알루미늄 접점으로 이동하고 알루미늄은 빈 공간을 채웁니다.

"따라서 사용된 층 시스템의 확산 역학은 그 사이에 극히 얇은 실리콘 층을 포함하는 알루미늄과 실리콘 게르마늄 사이의 계면을 생성합니다."라고 Masar Sistani가 설명합니다. 이 제조 공정을 통해 산소 원자는 원자적으로 예리하고 고순도 인터페이스에 도달할 기회가 없습니다.

Walter Weber는 "우리의 실험은 이러한 접점이 안정적이고 쉽게 재현 가능한 방식으로 생성될 수 있음을 보여줍니다. "이를 수행하는 데 필요한 기술 시스템은 오늘날 칩 산업에서 이미 사용되고 있습니다. 따라서 이것은 단순한 실험실 실험이 아니라 칩 산업에서 비교적 빠르게 사용할 수 있는 프로세스입니다.

제시된 제조 공정의 결정적인 이점은 실리콘-게르마늄 조성에 관계없이 고품질 접점을 생산할 수 있다는 것입니다. Walter Weber는 "우리는 제시된 갑작스럽고 견고하며 신뢰할 수 있는 금속-반도체 접촉이 다양한 새로운 나노전자, 광전자 및 양자 장치에 대해 매우 흥미롭다고 확신합니다."라고 말했습니다.



출처 : https://www.sciencedaily.com/