高モビリティデバイス用の圧縮ゲルマニウム

電子デバイスが小型化して電力需要が増大するにつれて、従来のシリコン半導体はエネルギー散逸の増大により物理的限界に達しつつあります。研究者は、高い電気性能と既存のチップ製造プロセスとの互換性を兼ね備えた材料を探索しています。

ウォリック大学とカナダ国立研究評議会のチームは、シリコン上にナノメートルの薄さの圧縮歪みゲルマニウム層を開発し、記録的な電荷移動度を達成しました。この研究は「マテリアルズ・トゥデイ」に掲載された。

このブレークスルーは、ゲルマニウムエピ層を正確な歪みで慎重に設計し、電荷がほとんど抵抗なく移動できる超クリーンな結晶構造を作成することによって達成されました。この材料は、従来のシリコンをはるかに上回る 715 万 cm2/ボルト秒という記録的な正孔移動度を実証し、より高速な動作とより低いエネルギー消費を可能にしました。

この圧縮歪みゲルマニウム・オン・シリコン材料は、世界をリードする移動性と産業上の拡張性を兼ね備えており、現代のシリコン半導体製造と互換性があります。これは、エネルギーと冷却の需要を削減した、量子コンピューティング デバイス、スピン量子ビット、極低温コントローラー、AI プロセッサー、データセンター ハードウェアなどの次世代エレクトロニクスのための実用的な経路を提供します。

研究の主な特徴は次のとおりです。

正孔移動度 715 万 cm²/V・s
シリコン上のナノメートル薄ゲルマニウムエピ層
ほぼ摩擦のないチャージフローを実現する超クリーンな結晶構造
主流のシリコン半導体プロセスと互換性がある
より高速でエネルギー効率の高い古典デバイスおよび量子デバイスを実現
カナダ国立研究評議会の主任研究員であるセルゲイ・スデニキン博士は、「これはIV族半導体における電荷輸送の新たなベンチマークを設定し、既存のシリコン技術と完全に互換性のある、より高速でエネルギー効率の高いエレクトロニクスへの扉を開きます。」と述べています。