硅基超高頻納米機(jī)電諧振器問世，助力行業(yè)發(fā)展

  ICC訊 據(jù)科技日報(bào)報(bào)道，中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)郭國平教授研究組與合作者合作，設(shè)計(jì)制備了與CMOS產(chǎn)線工藝兼容的懸浮單空穴硅晶體管器件，該器件同時(shí)也可作為超高頻納米機(jī)電諧振器工作，且與單空穴隧穿行為高度關(guān)聯(lián)，在單空穴隧穿狀態(tài)時(shí)，器件的壓阻系數(shù)提升了一個(gè)數(shù)量級。這一成果日前發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

  利用標(biāo)準(zhǔn)硅基半導(dǎo)體集成電路工藝制備的電子器件，如硅基的晶體管和納米機(jī)電諧振器，是現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的基石。隨著超大規(guī)模集成工藝技術(shù)的發(fā)展，硅基電子器件的尺寸已進(jìn)入納米尺度，將會展現(xiàn)出不同于經(jīng)典器件的量子效應(yīng)。作為納米尺度的新型功能電子器件的代表，硅基單電子/空穴晶體管和超高頻納米機(jī)電諧振器在量子計(jì)算、精密傳感等方面有廣泛的應(yīng)用前景。

  研究發(fā)現(xiàn)，如果硅基單空穴晶體管被懸浮起來，其自身就可以作為超高頻納米機(jī)電諧振器。這樣的復(fù)合結(jié)構(gòu)器件不僅可以展現(xiàn)出單空穴隧穿的電學(xué)輸運(yùn)行為，還具有優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能。這些優(yōu)異的器件特性可以使得電學(xué)讀取納米諧振器的力學(xué)響應(yīng)成為可能，對于探索載流子和機(jī)械振動(dòng)的相互作用，以及機(jī)械振動(dòng)的潛在量子特性有重大意義。這一復(fù)合器件在極低溫高真空環(huán)境下展現(xiàn)出單空穴隧穿行為，其力學(xué)諧振頻率達(dá)到3 GHz，是已報(bào)道的同類硅基器件中的最高值。

  科研人員利用這種復(fù)合結(jié)構(gòu)器件，研究納米尺度下硅材料中的壓阻效應(yīng)，從而設(shè)計(jì)新型力學(xué)傳感器件。該復(fù)合器件利用CMOS工藝制備，易于大規(guī)模集成。同時(shí)，該工作也為進(jìn)一步利用納米諧振器中的聲學(xué)模式，耦合硅基量子點(diǎn)中的載流子創(chuàng)造了條件。在極低溫環(huán)境下，該納米諧振器的超高諧振頻率對應(yīng)的熱聲子占據(jù)數(shù)及零點(diǎn)漲落已超過量子極限。該成果也將為研究超高頻聲學(xué)模式的潛在量子行為，以及基于這一體系的新型雜化量子信息器件的研發(fā)提供新的途徑。