Oxidelektronik kan tilføre magnetisme og superledning til moderne elektronik.
»Det kan derfor blive et alternativ til konventionelle halvledermaterialer,« vurderer professor Nini Pryds fra DTU Energikonvertering, hvis forskningsgruppe studerer, hvordan elektrisk ledning opstår i grænselaget mellem to oxid-lag, som hver i sær er isolatorer.
Problemet har hidtil været, at oxider har haft lav elektronmobilitet.
I år har DTU-gruppen i en artikel i Nature Communications beskrevet, at aluminiumoxid (Al2O3) og strontiumtitanat (SrTiO3) er særdeles velegnet til at opnå en høj elektronmobilitet.
Jo højere elektronmobiliteten er, jo hurtigere elektroniske komponenter kan man fremstille.
Elektronmobilteten er bestemt af den tid, en elektron kan bevæge sig i krystallen, før den støder mod en urenhed eller en gittersvingning (fonon).
Inden for oxidelektronik har man gennem flere år kendt til, at der kan dannes en såkaldt todimensional gas i grænselaget mellem LaAlO3 og SrTiO3. Ved lave temperaturer et par grader over det absolutte nulpunkt har man fundet, at det er muligt at opnå en elektronmobilitet på omkring 1.000 cm^2/(Vs)
Det svarer til elektronmobiliteten hos halvledermaterialer for 40 år siden.
Ny deponeringsteknik
På DTU Energikonvertering har man nu udviklet en avanceret metode til deponering af meget tynde film, der minimerer defekter i grænselaget og derved øger elektronmobiliteten.
Der benyttes en teknik, der kaldes pulseret laser deponering, hvor man bestråler en Al2O3 krystal med en høj-intensitets KrF laser. Herved fordampes Al2O3, som bliver overført til SrTiO3, hvor det gror med atomar præcision som en tyndfilm.
Seniorforsker Yunzhong Chen har undersøgt disse materialer og vist, at det er muligt i deres grænselag at opnå en elektronmobilitet på 140.000 cm^2/(Vs) ved 2 kelvin.
»Det åbner på op for brug af oxid-strukturer til elektriske kredsløb, der indeholder både høj-mobile elektroner og 100 gange så mange komponenter pr. arealenhed i forhold til nuværende elektronik,« forklarer Dennis Valbjørn Christensen og Felix Trier, der er ph.d.-studerende ved DTU Energikonvertering og medforfattere til artiklen i Nature Communications.
Dennis Valbjørn Christensen er i sit ph.d.-projekt i gang med at undersøge, hvordan man laver elektriske nanokredsløb med oxidelektronik ved at påføre et elektrisk potentiale med et Atomic Force Mikroskop.
Felix Trier forsker i at lave superledende transistorer, så superledningen kan tændes og slukkes med et elektrisk potentiale.
Kan anvendes til ny type hukommelse
Egenskaberne er knyttet til oxidernes særlige elektronstruktur, der ikke findes i konventionelle halvledermaterialer som silicium, germanium og galliumarsenid.
Nini Pryds understreger dog, at der er et stykke vej til praktiske anvendelser, og at teknikken kan have vanskeligt ved at konkurrere prismæssigt med konventionelle halvledermaterialer til standardanvendelser.
»Men oxidelektronik giver os mulighed for at designe helt nye komponenter, som ikke er mulige med konventionelle halvledere,« siger han.
Udover superledende transistorer og nanokredsløb kan de nye oxidkomponenter også være baseret på magnetisme og resistansændring. Det betyder, at de kan anvendes som hukommelse i form af resistive RAM.
Leave a Reply