Röhren aus Silizium?

10. Dezember 2013, 14:36 Uhr
Röhren aus Silizium?
Röhren aus Silizium?

Forscher der Universität Pittsburgh haben ein Bauteil aus Halbleitermaterial entwickelt, bei dem ein richtiger Vakuum-Kanal anstelle von Festkörperleitern zum Elektronentransport in das Silizium geätzt wird. Das hört sich zunächst wie ein Rückgriff auf alte Vakuumtechnik der Röhrenzeit an, die einfach extrem miniaturisiert wurde, ist aber selbstverständlich modernste Technologie.
 
Schnelle elektronische Bauteile sind auf kurze Transportzeiten für Ladungen angewiesen. Hierzu wird entweder die Kanallänge gekürzt oder die Geschwindigkeit der Ladungsträger erhöht. In idealen Bauteilen kommt es beim Ladungstransport zu keinerlei Kollisionen, doch ist solch ein ballistischer Transport in Festkörpern nur schwer zu realisieren, da eine hohe Spannung für genügend Geschwindigkeit der Ladungsträger gleichzeitig deren Streuung erhöht. Das Vakuum hingegen ist ein ideales „Medium“ für ballistischen Transport von Elektronen. Leider bringt der Transport im Vakuum für gewöhnlich niedrige Ströme und hohe Spannungen mit sich.
 
Die Forscher betrieben daher die Kombination der Vorteile von Vakuum- und Festkörpertechnik. Sie stellten hierzu einen Niederspannungs-FET her, der einen Vakuum-Kanal in das Metalloxidsubstrat geätzt bekam. Bei der erzielten Kanallänge von etwa 20 nm konnte eine Transkonduktanz von 20 nS/µm gemessen werden. Das Verhältnis zwischen ein- und ausgeschaltetem Zustand erreichte 500 und die Schwellenspannung des Gates betrug 0,5 V bei Raumtemperatur. Die abstoßenden Kräfte am Übergang zwischen dem Oxid und dem Metall reduzierten die Energiebarriere für die Elektronenemission, was zu der relativ hohen Stromdichte von nahezu 10 μA/cm² bei lediglich 1 V führte.

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