新型原子级光滑硅金字塔表现出非同寻常的磁性特征

家用电器、手机、汽车和其他日常技术已经完全被超小型集成电路所改变。

New Atomically Smooth Silicon Pyramids Exhibit Unusual Magnetics Properties
(a) 宏观图(b) 放大的Si金字塔的图像。四个斜面对应于 si {111}面曲面。图片来自:奈良科技学院。

可靠的三维电路制造对于进一步实现电子器件的小型化和实现复杂的功能至关重要。通过蚀刻到硅中实现超细的 3D 形状控制是非常具有挑战性的,因为即使是原子尺度的损伤也会影响器件性能。

在《晶体生长与设计》杂志上发表的一项新研究中,奈良科技研究所(NAIST)的科学家蚀刻了硅,并获得了原子级光滑的金字塔结构。当这些硅金字塔涂上薄薄一层铁层时,迄今仅实现了理论性的磁性特性。

NAIST研究员、这项研究的资深作者肯·哈托里在原子控制纳米技术领域发表了广泛的研究。Hattori 研究的主要目的是增强硅基技术的功能。

硅是现代电子的主力,因为它可以充当半导体或绝缘体,而且它是一种丰富的元素。然而,未来的技术进步要求在三个维度上进行原子平滑的器件制造。

奈良科技研究所研究员肯·哈托里

金字塔形硅纳米结构阵列的制造需要化学蚀刻和标准干蚀刻的组合。到目前为止,要准备原子光滑的表面是非常困难的。

我们订购的等腰硅金字塔阵列大小相同,面面平面扁平。我们通过低能电子衍射模式和电子显微镜证实了这些发现

艾达尔·伊米基莫夫,奈良科学技术研究所研究主要作者

研究人员将一个30纳米的超薄铁层沉积在硅上,以产生奇怪的磁性。金字塔的原子级方向控制覆盖铁的方向,进而控制覆盖铁的属性。

铁的外延生长使纳米膜的形状各向异性得以形成。磁化作为磁场函数的曲线是矩形状的,但有断裂点,这是由在金字塔顶点中束缚的磁涡的不对称运动引起的。

奈良科技研究所研究员肯·哈托里

研究小组观察到,在对平面铁涂层硅进行的类似实验中,曲线缺乏断裂点。尽管其他几个研究小组在理论上估计了金字塔形状的异常曲线,但NAIST团队是第一个在真正的纳米结构中证明它的人。

我们的技术将实现一个圆形磁性阵列,只需调整基板的形状,”Irmikimov补充说。将新技术融入先进技术,如自旋电子——通过电子的自旋而不是电荷对信息进行编码——将大大提高3D电子器件的工作速度。

文章信息:Irmikimov, A., et al. (2021) Atomically Architected Silicon Pyramid Single-Crystalline Structure Supporting Epitaxial Material Growth and Characteristic Magnetism. Crystal Growth & Designdoi.org/10.1021/acs.cgd.0c01286.
资料来源:http://www.naist.jp/en/
原文链接:https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=37697
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