Za ubrzanje računala potrebni su sve manji tranzistori, s tim da su ovi poluvodiči već sada veličine samo nekoliko nanometara. U središnjem čipu veličine poštanske marke modernih pametnih telefona nalazi se oko 12 milijardi tranzistora.

Oksidacija površine poluvodiča

Međutim, u još manjim uređajima kanal kroz koji elektroni teku mora biti vrlo blizu sučelja između poluvodiča i metalnih vrata koja se koriste za uključivanje i isključivanje tranzistora. Neizbježna površinska oksidacija i drugi površinski zagađivači uzrokuju neželjeno rasipanje elektrona koji protječu kroz kanal te dovode do nestabilnosti i šuma koji su posebno problematični za kvantne uređaje.

"Stvaramo tranzistore u kojima se ultra tanka metalna vrata uzgajaju kao dio poluvodičkog kristala, sprečavajući probleme povezane s oksidacijom površine poluvodiča", objašnjava Yonatan Ashlea Alava, glavni autor rada objavljenog u Applied Physics Letters.

Novi dizajn dramatično smanjuje neželjene učinke uzrokovane površinskim nedostacima i pokazuje da kontakti kvantne točke na nanomjernici pokazuju znatno niži šum od uređaja izrađenih uobičajenim pristupima. Kao takav, trebao bi biti idealan za izradu ultra-malih elektroničkih uređaja, kvantnih točaka i za primjenu u qubitima, vjeruju istraživači ss Sveučilišta Novi Južni Wales (UNSW).

Tranzistori velike elektronske pokretljivosti

Poluvodički uređaji sastavni su dio moderne elektronike. Tranzistori s efektom polja (FET) jedan su od građevnih blokova potrošačke elektronike, računala i telekomunikacijskih uređaja. Tranzistori velike elektronske pokretljivosti (HEMT) tranzistori su efekta polja koji kombiniraju dva poluvodiča s različitim pojasom i široko se koriste za visokofrekventne aplikacije velike snage, poput mobitela, radara, radija i satelitske komunikacije.

Ovi su uređaji optimizirani tako da imaju visoku vodljivost u usporedbi s konvencionalnim MOSFET uređajima kako bi osigurali niži šum uređaja i omogućili rad s većom frekvencijom. Poboljšanje elektronske vodljivosti unutar ovih uređaja trebalo bi izravno poboljšati performanse uređaja u kritičnim aplikacijama.

Raspršivanje elektrona

Potraga za stvaranjem sve manjih elektroničkih uređaja zahtijeva da vodljivi kanal u HEMT-u bude u neposrednoj blizini površine uređaja. Izazovni dio, koji je godinama mučio mnoge istraživače, ima korijene u jednostavnoj teoriji transporta elektrona:
Kada elektroni putuju u čvrstim tijelima, elektrostatička sila zbog neizbježnih nečistoća u okolišu uzrokuje raspršivanje elektrona. Što je više raspršenja, niža je i  vodljivost.

Površina poluvodiča često ima visoku razinu neželjenog naboja zarobljenog nezadovoljenim kemijskim vezama površinskih atoma. Ovaj površinski naboj uzrokuje rasipanje elektrona u kanalu i smanjuje vodljivost uređaja. Kao posljedica toga, kada se vodljivi kanal približi površini, vodljivost HEMT-a brzo opada.

Nadalje, površinski naboj stvara lokalne potencijalne fluktuacije koje smanjuju vodljivost i rezultiraju šumom naboja u osjetljivim uređajima kao što su kontakti kvantne točke i kvantne točke.

Uzgoj epitaksijalnih aluminijskih vrata

Surađujući s uzgajivačima pločica na Sveučilištu Cambridge, istraživači UNSW-a pokazali su da se problem povezan s površinskim nabojem može ukloniti uzgojem epitaksijalnih aluminijskih vrata. Usporedili su plitke HEMT-ove izrađene na dvije pločice s gotovo identičnim strukturama i uvjetima rasta; jednu s epitaksijalnim aluminijskim vratima, a drugu s ex-situ metalnim vratima nanesenim na dielektrik od aluminij-oksida.

Pokazalo se da je dizajn epitaksijalnih vrata značajno smanjio rasipanje površinskog naboja, s povećanjem vodljivosti do 2,5 puta. Uz to, epitaksijalna aluminijska vrata mogu se oblikovati za izradu nanostruktura. Kontakt kvantne točke izrađen korištenjem predložene strukture pokazao je robusnu i ponovljivu 1D kvantizaciju vodljivosti, s iznimno niskim šumom naboja.

Visoka vodljivost u ultra-plitkim pločicama i kompatibilnost strukture s ponovljivom proizvodnjom nano-uređaja sugeriraju da su aluminijske obložene pločice uzgojene MBE-om idealni kandidati za izradu ultra-malih elektroničkih uređaja, kvantnih točaka i za primjenu u qubitima.