Trasferire i dispositivi a stato solido in una nuova dimensione
Ci sono altre vie importanti che possono spingere la tecnologia dei semiconduttori in silicio oltre i suoi limiti. L'integrazione di silicio a basso costo con altri materiali ad alte prestazioni e l'utilizzo di nuove strutture di dispositivi in nano-scala sono oggetto di approfondite ricerche. In tali scale, gli effetti quantistico-fisici diventano importanti e offrono funzionalità avanzate per le unità fotoniche ed elettroniche. Il progetto III-V NWS ON SI, finanziato dall'UE, ha unito queste due rotte nel tentativo di consentire la continuazione della corsa alla miniaturizzazione e lo sviluppo di dispositivi potenti. Gli scienziati hanno lavorato sull'integrazione di nanostrutture di semiconduttori composti, sulla base di materiali nei gruppi III-V - su silicio. L'attenzione è stata rivolta a nanocavi semiconduttori diretti band-gap della famiglia GaAs, che sono materiali a elevata attività ottica e caratterizzati da elevata mobilità degli elettroni. Consentono inoltre la messa a punto precisa di molte proprietà intrinseche attraverso la progettazione con eterostruttura e band-gap con le leghe correlate. La loro geometria unidimensionale offre la possibilità di sfruttare l'impressionante potenziale degli effetti quantistico-fisici ed essere integrati su substrati molto dissimili come il silicio. Gli scienziati hanno impiegato il metodo dell'epitassia da fascio molecolare per fabbricare materiali semiconduttori cristallini. Sulla base di ciò, sono stati coltivati nanofili a gas di indio completamente privo di catalizzatore (In)Ga e GaAs su silicio con omogeneità morfologica e di composizione superiori. Utilizzando diverse tecniche di nanometrologia, sono state caratterizzate le proprietà strutturali, ottiche ed elettroniche dei nanofili e messe a punto per ottenere dispositivi con funzionalità eccezionali. Tra i risultati del progetto occorre menzionare un laser a nanofili a pompaggio ottico, che emette luce infrarossa, utilizzando nanofili core-shell con superficie passivata GaAs e AlGaAs. Inoltre, i componenti del progetto hanno sviluppato diodi tunnel basati su nanofili integrati su silicio che possono essere utilizzati nei transistor ad effetto di campo tunnel. Infine, un nanofili con eterostruttura core-shell che incorpora una modifica di modulazione ha portato alla mobilità di elettroni molto più elevate rispetto allo stato dell'arte. I risultati del progetto hanno un ruolo importante nella conduzione dell'Europa verso dispositivi a stato solido ad alta efficienza e ultra-piccoli. Questi possono trovare applicazioni in una vasta gamma di settori diversi quali nanofotonica integrata, emettitori di luce e assorbitori, rilevamento e le tecnologie dell'informazione e della comunicazione.
Parole chiave
Dispositivo a stato solido, nanofili, arseniuro di gallio, silicio, semiconduttori
