Ученые из Осаки представили «живые» электроды, которые могут улучшить работу кремниевых устройств

Уменьшение компонентов было (и остается) основным способом повышения скорости всех электронных устройств; однако, по мере того, как устройства становятся меньше, их изготовление становится сложнее. Группа ученых из SANKEN (Институт научных и промышленных исследований) в Университете Осаки открыла еще один метод повышения производительности: нанесение специального металлического слоя, известного как метаматериал, поверх кремниевой основы, чтобы электроны двигались быстрее. Этот подход выглядит многообещающим, но сложная часть заключается в управлении структурой метаматериала, чтобы он мог адаптироваться к реальным потребностям.

Чтобы решить эту проблему, команда изучила диоксид ванадия (VO₂). При нагревании VO₂ из непроводящего превращается в металлический, что позволяет ему переносить электрический заряд, как небольшие регулируемые электроды. Исследователи использовали этот эффект для создания «живых» микроэлектродов, которые позволили кремниевым фотодетекторам лучше определять терагерцовый свет. «Мы создали терагерцовый фотодетектор с VO₂ в качестве метаматериала. Используя точный метод, мы создали высококачественный слой VO₂ на кремнии. Управляя температурой, мы регулировали размер металлических областей — намного больше, чем это было возможно ранее — что влияло на то, как кремний обнаруживал терагерцовый свет», — говорит ведущий автор Ай И. Осака.

Когда температура была подходящей, металлические части VO₂ образовывали сеть, которая изменяла электрическое поле в слое кремния. В результате кремний становился более восприимчивым к терагерцовому свету, и, изменяя температуру, он позволял «живым» металлическим областям в VO₂ усиливать реакцию кремния на терагерцовый свет.

«Нагрев фотодетектора до 56°C значительно улучшил его сигнал. Это произошло потому, что слой кремния и динамическая сеть микроэлектродов VO₂ работали вместе при этой температуре. Управляемая структура VO₂ усиливала электрическое поле, улучшая производительность кремния», — объясняет старший автор Азуса Хаттори.

Это исследование указывает на потенциал метаматериалов, поскольку они могут проложить путь для более быстрой и эффективной электроники, которая превосходит возможности традиционных материалов. Однако одной из проблем является тот факт, что для обеспечения эффективности необходимо точно контролировать температуру.

Статья «Гибридные материалы Si−VO₂ с настраиваемыми сетями субмикрометровых металлических доменов VO₂ обеспечивают улучшенную функциональность диодов» была опубликована в журнале ACS Applied Electronic Materials.

Источник: Asia Research News