Tranzistoarele de vârf Quantum-Dot deschid ușa către o serie de electronice inovatoare

Prin depunerea contactelor de aur (Au) și Indiu (In), cercetătorii au creat două tipuri esențiale de tranzistoare cu puncte cuantice pe același substrat, deschizând ușa către o serie inovatoare de electronice. Credit: Laboratorul Național Los Alamos / Universitatea din California, Irvine

Circuitele logice cuantice asigură blocurile necesare pentru dispozitive inovatoare, inclusiv electronice de imprimare, ecrane flexibile și diagnostice medicale.

Cercetătorii de la Laboratorul Național Los Alamos și colaboratorii lor de la Universitatea din California, Irvine au creat blocuri electronice de bază din structuri mici cunoscute sub numele de puncte cuantice și le-au folosit pentru a asambla circuite logice funcționale. Inovația promite o abordare mai ieftină și mai prietenoasă cu producția de dispozitive electronice complexe care pot fi fabricate într-un laborator de chimie prin tehnici simple, bazate pe soluții și oferă componente necesare pentru o gamă largă de dispozitive inovatoare.

„Posibilele aplicații ale noii abordări a dispozitivelor electronice bazate pe puncte cuantice netoxice includ circuite imprimabile, ecrane flexibile, diagnostice de laborator, dispozitive purtabile, teste medicale, implanturi inteligente și biometrie”, a declarat Victor Klimov, fizician specialist. în nanocristale cu semiconductori din Los Alamos și autor principal într-o lucrare care anunță noi rezultate în ediția din 19 octombrie 2020 Comunicări despre natură.

De zeci de ani, microelectronica s-a bazat pe siliciu de înaltă puritate procesat într-un mediu curat, special creat. Recent, microelectronica bazată pe siliciu a fost provocată de mai multe tehnologii alternative care permit fabricarea de circuite electronice complexe în afara unei camere curate, prin tehnici chimice ieftine, ușor accesibile. Nanoparticulele semiconductoare coloidale realizate prin metode chimice în medii mult mai puțin dure sunt o astfel de tehnologie în evoluție. Datorită dimensiunilor mici și proprietăților unice controlate direct de mecanica cuantică, aceste particule sunt numite puncte cuantice.

Un punct cuantic cuantic constă dintr-un nucleu semiconductor acoperit cu molecule organice. Ca urmare a acestei naturi hibride, ele combină avantajele semiconductoarelor tradiționale bine înțelese cu versatilitatea chimică a sistemelor moleculare. Aceste proprietăți sunt atractive pentru realizarea de noi tipuri de circuite electronice flexibile care pot fi imprimate pe orice suprafață, inclusiv plastic, hârtie și chiar piele umană. Această capacitate poate beneficia de numeroase domenii, inclusiv electronice de larg consum, securitate, semnalizare digitală și diagnostic medical.

Un element cheie al circuitului electronic este un tranzistor care acționează ca un întrerupător electric activat de tensiunea aplicată. Tranzistoarele vin de obicei în perechi de dispozitive de tip n și p care controlează fluxurile de curent electric negativ și respectiv pozitiv. Astfel de perechi de tranzistoare complementare sunt piatra de temelie a tehnologiei moderne CMOS (semiconductor complementar de oxid de metal), care permite microprocesoare, cipuri de memorie, senzori de imagine și alte dispozitive electronice.

Primii tranzistori cu puncte cuantice au fost demonstrați în urmă cu aproape două decenii. Cu toate acestea, integrarea dispozitivelor complementare de tip n și p în același strat de puncte cuantice a rămas o provocare de lungă durată. În plus, majoritatea eforturilor din acest domeniu s-au concentrat pe nanocristale pe bază de plumb și cadmiu. Aceste elemente sunt metale grele foarte toxice, ceea ce limitează foarte mult utilitatea practică a echipamentului demonstrat.

O echipă de cercetători din Los Alamos și colaboratorii lor de la Universitatea din California, Irvine, au demonstrat că folosind selenură de țesut de cupru (CuInSe2) punctele cuantice fără metale grele pe care le-au reușit să abordeze ca problemă de toxicitate și, în același timp, au realizat integrarea directă a tranzistoarelor n și p în același strat cuantic cu puncte. Ca o probă a utilității practice a abordării dezvoltate, au creat circuite funcționale care efectuează operații logice.

Inovația pe care Klimov și colegii o prezintă în noua lor lucrare le permit să definească tranzistoarele de tip p și n prin aplicarea a două tipuri diferite de contacte metalice (aur și respectiv indiu). Au completat dispozitivele prin depunerea unui strat cuantic comun deasupra contactelor pre-modelate. „Această abordare permite integrarea directă a unui număr arbitrar de tranzistoare complementare de tip p și n în același strat cuantic cu puncte pregătite ca un film continuu, fără model, prin acoperire de rotație standard”, a spus Klimov.

Referință: „Circuite procesabile CMOS integrate în soluție, bazate pe CuInSe coloidală2 puncte cuantice ”de Hyeong Jin Yun, Jaehoon Lim, Jeongkyun Roh, Darren Chi Jin Neo, Matt Law și Victor I. Klimov, 19 octombrie 2020, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-020-18932-5

Finanțare: Această lucrare a fost susținută de programul de cercetare și dezvoltare dirijată de laborator (LDRD) de la Laboratorul Național Los Alamos în cadrul proiectului 20200213DR și de Biroul președintelui Universității din California (UC) în cadrul Programului de cercetare fiscală UC Laboratory. Cercetare și formare colaborativă LFR -17-477148.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Apneea obstructivă în somn este frecventă la persoanele cu tulburări cognitive – este tratabilă

O tulburare de somn tratabilă în mod obișnuit la persoanele cu probleme de gândire și memorie. Apnee obstructivă în somn - respirația se oprește de...

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Utilizarea moleculelor vibrante pentru a investiga proprietățile undelor materiei

Ionii moleculari HD + (perechi de puncte galbene și roșii) într-o capcană de ioni (gri) sunt iradiați de o undă laser (roșu). Acest...

Newsletter

Subscribe to stay updated.