近日，美国明尼苏达双城大学研究人员和美国国家标准与技术研究院(NIST)的联合团队开发了一种制造自旋电子器件的突破性工艺，该工艺有可能成为半导体芯片新的行业标准。研究论文发表在最近的《先进功能材料》上。
半导体行业不断尝试开发越来越小的芯片，以最大限度地提高电子设备的能效、计算速度和数据存储容量。而相较于普通的芯片，自旋电子器件将自旋属性引入半导体器件中，用电子的自旋而不是电荷来作为信息的载体，为传统的基于晶体管的芯片提供了一种有前途且更有效的替代方案。这些材料还具有非易失性的潜力，这意味着它们需要更少的能量，并且即使在移除电源后也可存储内存和执行计算。
十余年以来，自旋电子材料已成功集成到半导体芯片中，但作为行业标准的自旋电子材料钴铁硼的可扩展性已达到极限。目前，工程师无法在不失去数据存储能力的情况下制造小于20nm的器件。
实验样品的扫描透射电子显微镜(STEM)图像和分析 (图片来源：《先进功能材料》)
该研究团队通过使用铁钯(一种需要更少能量并具有更多数据存储潜力的替代材料)材料替代钴铁硼，可将材料缩小到5nm的尺寸，从而克服了这一难题。而且，研究人员首次使用支持8英寸晶圆的多室超高真空溅射系统在硅晶圆上生长了铁钯。
该论文的第一作者Deyuan Lyu表示:“这项工作在世界上首次表明，可以在半导体行业兼容的基板上生长这种材料，它可以缩小到小于5nm，即所谓的CMOS+X策略。” 这一突破也将推动自旋电子器件在半导体芯片技术领域的进一步发展，带来更快、更高效的自旋电子设备，如计算机、智能手机和许多其他电子产品，并且使这些设备比以往更小。
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