Rekor kıran kuantum yarı iletkeni, elektronları neredeyse sürtünmesiz hızlarda çalıştırıyor

Rekor kıran kuantum yarı iletkeni, elektronları neredeyse sürtünmesiz hızlarda çalıştırıyor

Warwick Üniversitesi ve Kanada Ulusal Araştırma Konseyi'ndeki bilim insanları, silikon uyumlu bir malzemede şimdiye kadar kaydedilen en yüksek elektrik iletkenliğine ulaştıklarını ve bunun daha hızlı, daha verimli elektronik ve kuantum cihazlara doğru atılmış önemli bir adım olduğunu söylüyorlar.

Bu hafta Materials Today'de yayınlanan çığır açıcı gelişme, silikon bir yonga plakası üzerine yerleştirilmiş nanometre kalınlığında, sıkıştırılmış bir germanyum katmanına odaklanıyor.

Bu malzeme, elektrik yükünün benzeri görülmemiş bir kolaylıkla içinden geçmesine olanak tanıyor ve yarı iletken endüstrisi modern işlemcilerin fiziksel sınırlarıyla karşı karşıya kalırken, silikon tabanlı çip üretiminin ömrünü uzatma potansiyeli taşıyor.

Yeni kuantum yarı iletken malzeme

Günümüzde çoğu çip hala silikona dayanıyor, ancak bileşenler küçüldükçe ve transistör yoğunlukları arttıkça, modern cihazlar daha fazla ısı üretiyor ve performansta azalan getirilerle karşı karşıya kalıyor.

1950'lerin ilk transistörlerinde kullanılan germanyumun üstün yük hareketliliği sağladığı uzun zamandır biliniyor, ancak ana akım silikon üretim teknikleriyle entegre edilmesi zordu.

Warwick Üniversitesi'nde doçent ve üniversitenin Yarıiletkenler Araştırma Grubu başkanı Dr. Maksym Myronov, ekibin silikon üzerinde sıkıştırılmış germanyum (cs-GoS) olarak bilinen yeni germanyum-silikon malzemesinin bu engeli aştığını söyledi.

Myronov yaptığı açıklamada, "Galyum arsenit gibi geleneksel yüksek mobiliteli yarı iletkenler çok pahalıdır ve modern silikon üretimine entegre edilemezler." dedi.

"Yeni CS-GoS kuantum malzememiz, dünya lideri mobiliteyi endüstriyel ölçeklenebilirlikle birleştirerek pratik kuantum ve klasik büyük ölçekli entegre devrelere doğru önemli bir adım atıyor."

Araştırmacılar, ultra ince bir germanyum katmanına kontrollü sıkıştırılmış gerilim uygulayarak performans kazanımları elde ettiler.

Bu işlem, elektrik yükünün akışını yavaşlatan kusurları azaltarak son derece saf ve düzenli bir kristal yapı oluşturur.

Ölçümler, malzemenin volt-saniye başına 7,15 milyon santimetrekarelik rekor bir delik hareketliliğine ulaştığını gösteriyor. Bu değer, standart endüstriyel silikondan çok daha yüksek ve modern çip üretimiyle uyumlu bir grup IV yarı iletken için şimdiye kadar bildirilen en yüksek değer.

İletkenlik Rekoru Kırılıyor

Kanada Ulusal Araştırma Konseyi Baş Araştırma Görevlisi Dr. Sergei Studenikin, sonuçların küresel elektronik endüstrisinin merkezinde yer alan malzemelerde "yük iletimi için yeni bir ölçüt" oluşturduğunu söyledi.

Studenikin, "Mevcut silikon teknolojisiyle tamamen uyumlu, daha hızlı ve daha enerji verimli elektronik cihazlara ve kuantum cihazlarına kapı açıyor" dedi.

Bu gelişme, çip üreticileri ve hükümetlerin geleneksel yarı iletken tasarımlarının sınırlarını zorlamak için yarıştığı bir dönemde ortaya çıktı.

Daha yüksek hareketliliğe sahip malzemeler, üreticilerin enerji kullanımını azaltmalarına, işlem hızlarını artırmalarına ve kuantum hesaplama, yapay zeka ve gelişmiş veri merkezlerinin ortaya çıkan taleplerini karşılamalarına yardımcı olabilir.

Warwick-Kanada ekibi, CS-GoS platformunun gelecekteki kuantum bilgi sistemleri, spin tabanlı kübitler, kriyojenik kontrol devreleri ve ultra düşük güçlü işlemciler için bir temel oluşturabileceğini belirtiyor.

Malzeme doğrudan silikon üzerine inşa edildiği için araştırmacılar, mevcut üretim altyapısı kullanılarak yeni cihazların üretilmesine olanak tanıyacağını, maliyetleri düşüreceğini ve dağıtımı hızlandıracağını belirtiyor.

Bulgular ayrıca Birleşik Krallık'ın gelişmiş yarı iletken malzeme araştırmalarındaki rolünü genişletme çabalarını da destekliyor. Warwick Yarı İletkenleri

Araştırma Grubu, gergin katmanlı germanyum teknolojilerini geliştirmek için yıllar harcadı, ancak araştırmacılar en son sonuçların bugüne kadarki en önemli kilometre taşı olduğunu söylüyor.

Ekip, malzemeyi geliştirmeye ve potansiyel cihaz mimarileri konusunda ortaklarla iş birliği yapmaya devam etmeyi planlıyor.

Ticari uygulamalara henüz birkaç yıl varken, bilim insanları rekor kıran performansın, silikon uyumlu kuantum malzemelerin hala keşfedilmemiş bir potansiyele sahip olduğunu gösterdiğini söylüyor.

Kaynak: IE