Forskare har utvecklat en ny metod för att odla högordnade metallfilmer direkt på halvledare – vilket kan ta bort ett av de största hindren för att tillverka mindre och mer energieffektiva elektroniska enheter.
Modern elektronik bygger på tre grundläggande materialtyper: metaller, halvledare och isolatorer.
Läs Health Manager: Enkla steg kan skydda smärtsamma knän
I åratal har forskare som försökt förbättra transistorer främst fokuserat på kvaliteten på halvledarmaterial. Metallernas struktur som används för att skapa elektriska kontakter har fått mycket mindre uppmärksamhet.
Det börjar bli ett problem när transistorer krymper till nanoskalan. Små strukturella fel och oordning inuti metaller – särskilt där metaller möter halvledare – kan göra det svårare för elektriska laddningar att röra sig in i och genom en enhet. Detta skapar elektriskt motstånd som kan försämra prestandan och slösa energi.
Ny metod: Step-Eva
Forskare ledda av Chu Junhao vid Shanghai Institute of Technical Physics, som är en del av Kinesiska vetenskapsakademin, har nu utvecklat en teknik för att övervinna detta problem.
Deras resultat publicerades i Science den 27 augusti.
Den nya metoden, kallad Step-Eva, använder en steg-för-steg-avdunstningsprocess för att odla mycket ordnade, enkristalliga metallfilmer direkt på halvledarytor.
Traditionell metallavdunstning avger vanligtvis material kontinuerligt. Istället avger Step-Eva en extremt liten mängd metall – och stannar sedan. Under denna väntetid får de nyavsatta atomerna tid att röra sig och lägga sig i mer organiserade positioner innan ett nytt lager läggs till.
Genom att upprepa denna avsättnings- och pauscykel förhindras bildandet av små, oordnade kristallregioner. Istället kan atomerna gradvis förena sig till större, högordnade strukturer. Resultatet är en enkristallmetallfilm med mycket större strukturell enhetlighet.
Verk med flera metaller
Forskarna visade att metoden fungerar med flera metaller som ofta används eller studeras inom elektronik, inklusive vismut, silver, indium, guld och palladium.
Viktigt är att dessa högordnade metaller också skapade renare kopplingar med halvledarmaterial. Gränsytorna skadades mindre och visade färre lokala variationer i elektriska egenskaper. Detta hjälpte elektriska laddningar att lättare röra sig mellan metall och halvledare.
När forskarna använde de enkristalliga metallerna som kontakter för tvådimensionella halvledartransistorer uppnådde de extremt låg kontaktresistans. N-typ transistorer nådde kontaktresistans så lågt som 36 ohm mikrometer, medan P-typ enheter nådde 145 ohm mikrometer.
Transistorerna visade också på/av-strömförhållanden på över 10 miljarder till en. Även när kanalerna reducerades till endast 50 nanometer producerade enheterna påströmmar över 1,1 milliampere per mikrometer.
Stabil och ledande – även i tunna lager
De enkristalliga metallerna erbjöd också andra fördelar. De förblev elektriskt ledande även när de var extremt tunna – och visade förbättrad stabilitet vid högre temperaturer.
Resultaten tyder på att förbättring av metaller kan bli lika viktig som förbättring av halvledare, i takt med att elektroniken fortsätter att krympa. Genom att skapa renare gränssnitt och låta elektriska laddningar flöda mer effektivt kan Step-Eva erbjuda en ny materialplattform för mindre, snabbare och mer energieffektiva elektroniska och optoelektroniska enheter.
Läs på TimePeopleWorld: ”If I Go Will They Miss Me”: En kraftfull ny röst i 2026 års film
