ウォーリック大学とカナダ国家研究評議会の科学者らが、シリコン互換材料でこれまでで最高のホール移動度を達成した。シリコン上の圧縮ひずみゲルマニウム層を使用し、715万 cm²/Vs に到達した。この画期的な成果は、より高速で低温のエレクトロニクスと量子デバイスの進歩を約束する。
シリコンは現代の半導体デバイスの基盤だが、コンポーネントが小型化するにつれ、より多くの熱を発生し、性能限界に達する。1950年代初頭のトランジスタで使用されたゲルマニウムは、優れた電気特性を持ちながらシリコン製造プロセスに適合するため、再び注目を集めている。
Materials Today に掲載された研究で、ウォーリック大学のMaksym Myronov博士率いるチームは、圧縮ひずみ下のシリコン上にナノメートル厚のゲルマニウムエピ層を開発した。この構造は、電気荷電が最小抵抗で移動することを可能にし、これまでのシリコン互換材料を上回る。
研究者らはシリコンウェハ上に薄いゲルマニウム層を成長させ、精密な圧縮ひずみを加えて純粋な結晶構造を作成した。テストの結果、ホール移動度が715万 cm²/Vs に達し、標準的な産業用シリコンの約450 cm² と比較して格段に高いことが示された。これにより、荷電粒子がはるかに容易に移動し、デバイスの高速動作と低消費電力が可能になる。
ウォーリック大学半導体研究グループのリーダーであり准教授のMaksym Myronov博士は、「従来の高移動度半導体であるガリウムヒ素（GaAs）は非常に高価で、主流のシリコン製造との統合が不可能です。私たちの新しい圧縮ひずみゲルマニウム-on-シリコン（cs-GoS）量子材料は、世界最高レベルの移動度と産業スケーラビリティを組み合わせています。これは、実用的な量子および古典的大規模集積回路への重要なステップです。」と語った。
カナダ国家研究評議会の主任研究官Sergei Studenikin博士は、「これはグループIV半導体における電荷輸送の新たな基準を設定します。これらはグローバルエレクトロニクス産業の核心です。既存のシリコンテクノロジーと完全に互換性のある、より高速でエネルギー効率の高いエレクトロニクスと量子デバイスの扉を開きます。」と付け加えた。
潜在的な応用には、量子情報システム、スピンキュービット、量子プロセッサ用のクライオジェニックコントローラ、AIアクセラレータ、およびデータセンターの冷却ニーズを削減するエネルギー効率の高いサーバーが含まれる。この研究は、英国の半導体研究における役割を強調している。