新南威爾士大學（UNSW）的研究人員發表了一項研究，將電子元件直接“種植”到半導體塊上，能夠有效避免凌亂、嘈雜的氧化帶來的電子散射問題，從而減緩和阻礙電子散射。
新南威爾士大學教授亞歷克斯·漢密爾頓（Alex Hamilton）說：“這種自產的單晶設計非常適合製造超小型電子裝置、量子點和量子位（qubit）應用。”
研究人員表示：“要使計算機更快，需要越來越小、越來越多的電晶體，而這些電子元件現在規模已經在10奈米上下，現代智慧手機中郵票大小的中央晶片中大約有120億個電晶體。然而，在更小的裝置中，用於開啟和關閉電晶體的金屬門之間的介面，在電子流經後會不可避免的表面氧化，並且其他表面汙染物會導致透過通道的電子意外散射，並導致量子器件特別成問題的不穩定和噪音。”
FLEET博士生、這項研究的主要作者約納坦·阿什萊亞·阿拉瓦（Yonatan Ashlea Alava）說：“在工作中，我們製造了新的電晶體，在電晶體中，超薄金屬門作為半導體晶體的一部分發展，防止了與半導體表面氧化相關的問題。我們已經證明，這種新設計可顯著減少表面缺陷的有害影響，並表明奈米級量子點觸點的噪聲明顯低於使用傳統方法制造的裝置。”
為超小型電子產品”種植“半導體的過程並不順暢，其中一個挑戰是電子散射限制了高頻元件。
製造越來越小的電子裝置的任務要求高電子遷移率電晶體（HEMT） 中的導電通道靠近裝置表面。研究人員說，這一具有挑戰性的部分靈感源於簡單的電子傳輸理論。
“當電子在固體中傳播時，由於環境中不可避免的雜質/電荷而產生的靜電力會導致電子軌跡偏離原始路徑：所謂的”電子散射“過程。散射事件越多，電子在固體中傳播就越困難，因此電導率就越低，”他們說。
”半導體表面通常含有大量不需要的電荷，這些電荷被表面原子的不飽和的化學鍵（未與其他原子單獨成鍵，可能是有兩個或者三個電子同時與同一個原子成鍵）所困。這種表面電荷導致電子在通道中散射，並降低裝置的導電性。因此，當導電通道接近表面時，高電子遷移率電晶體的效能/導電性會迅速下降。
此外，他們還透露，表面電荷會產生區域性潛在波動，導致量子點觸點和量子點等敏感裝置產生電荷噪聲，並降低了導電性。
新南威爾士大學的解決方案是首先增加“開關門”，以減少散射。新南威爾士大學的研究小組與劍橋大學的晶圓種植者合作，表明在從生長室中取出晶圓之前，透過種植鋁製表皮的“門”可以消除與表面電荷相關的問題。
“我們透過新南威爾士大學實驗室的表徵測量證實了效能改進，”共同作者 Daisy Wang 博士解釋說。
研究小組比較了在兩個晶圓上製造的shallow HEMTs，其結構和生長條件幾乎相同，只不過一個具有外延鋁柵極，第二個具有沉積在氧化鋁電介質上的異位金屬柵極。結果顯示前者使用低溫傳輸測量對器件進行了表徵，並表明外延柵極設計大大減少了表面電荷散射，電導率增加了 2。5 倍。
新南威爾士大學繼續說道說：“實驗還表明可以對外延鋁柵極進行圖案化以製造奈米結構。”
“使用所提出的結構製造的量子點接觸顯示出強大且可重複的一維電導量化，具有極低的電荷噪聲，”它補充道。
“超淺晶圓的高導電性，以及結構與可重複奈米器件製造的相容性，表明 MBE（分子束外延） 生長的鋁門控晶圓是製造超小型電子器件、量子點和量子位應用的理想選擇。”
