Forskare från University of Warwick och National Research Council of Canada har uppnått den högsta hålmobiliteten som någonsin mätts i ett kiseldkompatibelt material. Med en kompressivt spänd germaniumnlager på kisel nådde de 7,15 miljoner cm² per volt-sekund. Detta genombrott lovar snabbare, svalare elektronik och framsteg inom kvant-enheter.
Kisel utgör grunden för de flesta moderna halvledar-enheter, men när komponenterna krymper producerar de mer värme och når prestandagränser. Germanium, som användes i tidiga 1950-tals transistorer, får uppmärksamhet för sina bättre elektriska egenskaper samtidigt som det passar in i kiselle tillverkningsprocesser.
I en studie publicerad i Materials Today utvecklade ett team ledd av Dr. Maksym Myronov vid University of Warwick ett nanometer-tunt germaniumn epilagret på kisel under kompressiv spänning. Denna struktur låter elektrisk laddning röra sig med minimalt motstånd och överträffar alla tidigare kiseldkompatibla material.
Forskarna odlade ett tunt germaniumnlager på en kiselskiva och applicerade exakt kompressiv spänning för att skapa en ren kristallstruktur. Tester visade en hålmobilitet på 7,15 miljoner cm² per volt-sekund, jämfört med cirka 450 cm² i standard industriellt kisel. Detta innebär att laddningarna färdas mycket lättare, vilket möjliggör snabbare enhetsdrift och lägre effektanvändning.
Dr. Maksym Myronov, biträdande professor och ledare för Halvledarforskningsgruppen vid University of Warwick, sade: "Traditionella hög mobilitets halvledare som galliumarsenid (GaAs) är mycket dyra och omöjliga att integrera med mainstream kisel tillverkning. Vårt nya kompressivt spända germanium-on-kisel (cs-GoS) kvantmaterial kombinerar världsledande mobilitet med industriell skalbarhet – ett nyckelsteg mot praktiska kvant- och klassiska storskaliga integrerade kretsar."
Dr. Sergei Studenikin, huvudforskningsansvarig vid National Research Council of Canada, tillade: "Detta sätter en ny benchmark för laddningstransport i grupp-IV halvledare – materialen i hjärtat av den globala elektronikindustrin. Det öppnar dörren för snabbare, mer energieffektiv elektronik och kvant-enheter som är fullt kompatibla med befintlig kiselteknik."
Potentiella tillämpningar inkluderar kvantinformationssystem, spin-qubiter, kryogena styrenheter för kvantprocessorer, AI-akceleratorer och energieffektiva servrar som minskar kylbehov i datacenter. Detta arbete belyser Storbritanniens roll i halvledarforskning.