コンピューティング
拡張ドイツウム：量子チップのブレークスルー
シリコンからドイツウムへ
シリコンベースの半導体は、技術的な限界に達しつつあります。最先端のチップの中にあるトランジスタは、わずか数個の原子で構成されており、シリコン原子の物理的特性が、さらなる改善を妨げるものとなっています。
これは、スピントロニクスや量子コンピューティングなどの最先端のコンピューティングに特に当てはまります。
結果として、研究者や半導体会社は、新しい設計の可能性を探すために、他の金属や元素に注目しています。
特に、ドイツウムは再び注目されています。1950年代に最初のトランジスタで使用されたドイツウムは、生産コストや製造の容易さなどの要因により、シリコンに置き換えられました。
今日、電子機器や赤外線光学、ミサイルや防衛衛星のセンサーに不可欠なドイツウムは、主に亜鉛やモリブデン鉱山から生産されています。
ドイツウムは、例えば、磁性鉄-ドイツウム結晶を形成することで、超伝導体を作成するために使用できます。 ドイツウムのみで作られたフィルムも超伝導体になる可能性があります。
しかし、ドイツウムには、シリコン半導体を特定のケースで置き換える可能性のある独自の物理的特性があります。
ウォリック大学とカナダ国立研究会議の研究者は、ドイツウムがシリコンよりも15,000倍以上優れていることを発見しました。彼らは、Materials Todayに「圧縮strainedドイツウム上のシリコンでのホール移動度は7×10^6 cm^2V^-1s^-1を超える」というタイトルの論文で結果を発表しました。
概要
- 研究者は、strainedドイツウム-シリコンで記録的なホール移動度を達成しました。
- この材料は、電荷輸送において、産業用シリコンよりも15,000倍以上高速です。
- cs-GoSプラットフォームはCMOS互換であり、フルウエハーにスケーラブルです。
- このブレークスルーは、低消費電力チップや将来のスピンベース量子デバイスの実現を可能にします。
ホールの移動、電子の移動
電子機器や半導体を扱う場合、材料の正確な原子構造は、材料が構成される元素と同等の重要性を持つことがあります。
これはドイツウムにも当てはまります。研究者は、シリコン上に圧縮strainedドイツウムのナノメートルスケールの薄い層を作成しました。
アイデアは、通常の電子の移動ではなく、「高移動度ホール」を使用して電荷輸送を最適化することです。
この場合、電子が移動して情報を運ぶのではなく、電場下で材料を通過する正電荷キャリア（「ホール」、または欠損電子）の移動を表す特性を測定します。
従来の電子移動と比較して、ホール移動度には、スピントロニクスや量子コンピューティングシステムで情報を符号化するのに適した「強いスピン-軌道結合、抑制された超微細相互作用、効率的な全電気スピン制御」などの優れた特性があります。
しかし、環境からの攪乱に対して脆弱すぎて実用的ではなかったため、ホール移動度材料は今まで役に立っていませんでした。 不純物や製造の難しさも、このアイデアを妨げていました。
圧縮ドイツウム
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| 材料 | ホール移動度 (cm²/V·s) | 注記 |
|---|---|---|
| シリコン (標準CMOS) | ~450 | 現在の業界基準 |
| 非圧縮ドイツウム | ~1,900 | スケーラビリティが難しい |
| strained Ge on Si (cs-GoS) | 7,150,000+ | >15,000倍の改善、ウエハー互換 |
最近、新しい生産方法が登場しました。圧縮strained法と呼ばれるこの方法では、半導体材料の結晶構造を変更し、電子エネルギー準位と電荷輸送に影響を与えます。
この方法を使用して、研究者はシリコン上に圧縮strainedドイツウムの薄い層を作成し、ホール移動度が7.15百万cm²/V·s（産業用シリコンの約450cm²/V·sと比較）を示しました。
これは、ドイツウムベースの電子機器に対する指数関数的な改善を表します。
ソース: Materials Today
