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Jun 14, 2023

Germanium

Des chercheurs de plusieurs instituts de recherche ont démontré que les électrons et

Des chercheurs de plusieurs instituts de recherche ont démontré que les électrons et les trous peuvent se déplacer plus rapidement dans des alliages germanium-étain spécifiques que dans le silicium ou le germanium. La recherche a été effectuée pour améliorer les transistors orientés verticalement et montre des circuits avec des tensions de fonctionnement inférieures et des empreintes beaucoup plus petites que les circuits planaires équivalents.

Chercheurs au ForschungsZentrum Jülich, Allemagne ; l'Université de Leeds, Royaume-Uni ; IHP-Innovations for High Performance Microelectronics, Francfort (Oder), Allemagne, et RWTH Aachen University, Allemagne, ont contribué à un article publié dans Nature Communications Engineering, intitulé Vertical GeSn Nanowire MOSFETs for CMOS Beyond Silicon.

Ils ont rapporté que les transistors germanium-étain présentent une mobilité électronique 2,5 fois supérieure à celle d'un transistor comparable en germanium pur. Et parce que le germanium et l'étain sont tous deux dans le groupe IV du tableau périodique, le même groupe que le silicium, ces transistors pourraient être intégrés directement dans les puces de silicium conventionnelles avec les lignes de production existantes.

L'article note que "les alliages GeSn offrent une bande interdite d'énergie réglable en faisant varier la teneur en Sn et des décalages de bande réglables dans les hétérostructures épitaxiales avec Ge et SiGe. En fait, un rapport récent a montré que l'utilisation de 8 % d'étain allié à 92 % le germanium comme source au-dessus des nanofils de Ge améliore les performances du p-MOSFET."

L'un des aspects majeurs de l'article était le développement de la croissance épitaxiale pour produire les binaires GeSn dans une structure verticale. L'article rend compte de MOSFET à nanofils à porte tout autour à base de GeSn verticaux fabriqués de haut en bas avec des diamètres de nanofil allant jusqu'à 25 nm. Deux hétérostructures épitaxiales, GeSn/Ge/Si et Ge/GeSn/Ge/Si, sont conçues pour faciliter la co-optimisation des transistors de type p et n, respectivement. En conséquence, la fonctionnalité CMOS complète est démontrée avec un inverseur CMOS. De plus, les dispositifs GeSn de type n présentent des propriétés de commutation à basse température pour répondre aux exigences de l'informatique quantique cryogénique.

"En plus de leurs propriétés électro-optiques sans précédent, un avantage majeur des binaires GeSn est également qu'ils peuvent être développés dans les mêmes réacteurs d'épitaxie que les alliages Si et SiGe, permettant une plate-forme semi-conductrice optoélectronique tout groupe IV qui peut être intégrée de manière monolithique sur Si", rapporte le journal.

« La collaboration a démontré le potentiel du GeSn à faible bande interdite pour les transistors avancés dotés de propriétés électriques intéressantes, telles que des mobilités de porteurs élevées dans le canal, de faibles tensions de fonctionnement et un encombrement réduit », a déclaré Jean-Michel Hartmann, membre du CEA, co-auteur de le papier. "L'industrialisation est encore loin. Nous avançons sur l'état de l'art et montrons le potentiel de l'étain germanium comme matériau de canal."

MOSFET à nanofils GeSn verticaux pour CMOS au-delà du silicium

www.cea.fr

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