نوشته دانشگاه وارویک، ۲۷ نوامبر ۲۰۲۵، چکیده گرافیکی که تحرک حفره را برای لایه ژرمانیوم تحت کرنش فشاری نانومتری جدید که به صورت اپیتکسیال روی یک بستر سیلیکونی رشد داده شده است، نشان میدهد. تحرک حفره در ژرمانیوم تحت کرنش فشاری روی سیلیکون از 7×106 cm2V-1s− 1 فراتر میرود. منبع: میرونوف، م.، بوگان، آ.، و استودنیکین، س. (2025). تحرک حفره در ژرمانیوم تحت کرنش فشاری روی سیلیکون بیش از 7× 106 cm2V-1s− 1 است. Materials Today.
محققان در حال بررسی تحرک حفرهها در ژرمانیوم تحت کرنش فشاری روی سیلیکون هستند تا عملکرد الکترونیک نسل بعدی را بهبود بخشند.
دانشمندان دانشگاه وارویک و شورای ملی تحقیقات کانادا با ایجاد و اندازهگیری بالاترین “تحرک حفرهها” که تاکنون در مادهای که با فناوری استاندارد سیلیکون کار میکند، مشاهده شده است، رکورد جدیدی را ثبت کردهاند.
دستگاههای نیمههادی امروزی معمولاً از سیلیکون (Si) ساخته میشوند. با فشردهتر و فشردهتر شدن این اجزا، گرمای بیشتری تولید میکنند و به محدودیتهای اساسی عملکرد نزدیک میشوند. ژرمانیوم (Ge) که در برخی از اولین ترانزیستورهای دهه 1950 ظاهر شد، توجه دوبارهای را به خود جلب کرده است، زیرا محققان به دنبال راههایی برای بهرهگیری از عملکرد الکترونیکی قویتر آن هستند، در حالی که همچنان به روشهای تولید تثبیتشده مورد استفاده برای سیلیکون متکی هستند.
طبق یک مطالعه جدید منتشر شده در Materials Today، یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی دکتر ماکسیم میرونوف از دانشگاه وارویک، گامی مهم به سوی سیستمهای الکترونیکی آینده برداشته است. این تیم یک لایه ژرمانیوم به ضخامت نانومتر ایجاد کرده است که به صورت فشاری کرنش داده شده و روی سیلیکون رشد داده شده است و در نتیجه مادهای ایجاد شده است که اجازه میدهد بار الکتریکی سریعتر از همیشه حرکت کند و در عین حال کاملاً با فرآیندهای تولید تراشه فعلی سازگار باشد.
ماکسیم میرونوف، دانشیار و رهبر گروه تحقیقاتی نیمههادیها، دانشکده فیزیک، دانشگاه وارویک، میگوید: «نیمههادیهای سنتی با تحرک بالا مانند گالیوم آرسنید (GaAs) بسیار گران هستند و ادغام آنها با تولید سیلیکون رایج غیرممکن است. ماده کوانتومی جدید ژرمانیوم روی سیلیکون (cs-GoS) تحت کرنش فشاری ما، تحرک پیشرو در جهان را با مقیاسپذیری صنعتی ترکیب میکند – گامی کلیدی به سوی مدارهای مجتمع کوانتومی و کلاسیک در مقیاس بزرگ.»
این موفقیت با مهندسی دقیق یک لایه نازک ژرمانیوم روی یک ویفر سیلیکونی حاصل شد. با اعمال مقدار مناسبی از کرنش به لایه ژرمانیوم، آنها یک ساختار کریستالی فوق تمیز ایجاد کردند که اجازه میدهد بار الکتریکی تقریباً بدون مقاومت جریان یابد.
هنگام ارزیابی، این ماده تحرک حفرهای رکورددار 7.15 میلیون سانتیمتر مربع در هر ولت-ثانیه را نشان داد (در مقایسه با حدود 450 سانتیمتر مربع در هر ولت-ثانیه در سیلیکون صنعتی)، به این معنی که بار میتواند بسیار راحتتر از سیلیکون از طریق آن حرکت کند. این میتواند تراشههای آینده را قادر سازد سریعتر کار کنند و انرژی کمتری را هدر دهند.
دکتر سرگئی استودنیکین، مدیر ارشد تحقیقات، شورای ملی تحقیقات کانادا، میافزاید: «این دستاورد، معیار جدیدی را برای انتقال بار در نیمهرساناهای گروه IV – موادی که قلب صنعت الکترونیک جهانی هستند – تعیین میکند. این دستاورد، دریچهای به سوی الکترونیک و دستگاههای کوانتومی سریعتر و کممصرفتر میگشاید که کاملاً با فناوری سیلیکون موجود سازگار هستند.»
این تحقیق، مسیر جدیدی را برای الکترونیک فوقالعاده سریع و کممصرف، با کاربردهای بالقوهای شامل پردازش اطلاعات کوانتومی، کیوبیتهای اسپین، کنترلکنندههای برودتی برای پردازندههای کوانتومی، هوش مصنوعی و سختافزار مراکز داده با تقاضای انرژی و خنکسازی کمتر، ایجاد میکند.
