Учени създадоха напълно нов материал за приложения в електрониката, фотониката и квантовите технологии

26.08.2025   |   Начало»Технологии

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Изследователи от Forschungszentrum Juelich и Института за иновативна микроелектроника Лайбниц (IHP) съобщиха, че са създали напълно нов материал – стабилна сплав от въглерод, силиций, германий и калай, означен като CSiGeSn, с потенциал за приложения в електрониката, фотониката и квантовите технологии.

Това, което прави новия материал специален, е, че всичките четири елемента като силиция са от група IV на периодичната таблица. Това гарантира съвместимостта със стандартния производствен метод, използван в електронната индустрия – CMOS процеса, което е решаващо преимущество.

"Комбинирайки тези четири елемента, постигнахме дългогодишна цел – върховния полупроводников материал от група IV ", обяснява д-р Дан Бука от Forschungszentrum Juelich.

Новата сплав позволява фина настройка на свойствата на материала до степен, която позволява създаването на компоненти, надхвърлящи възможностите на чистия силиций, като например оптични компоненти или квантови схеми. Тези структури могат да се интегрират директно в чип по време на производството. Химията поставя ясни ограничения – само елементи от същата група като силиция се вмъкват безпроблемно в кристалната решетка на пластината. Елементи от други групи нарушават чувствителната структура. Основният процес се нарича епитаксия – ключов процес в полупроводниковата технология, при който тънки слоеве се отлагат върху субстрат с прецизност на атомно ниво.

Уникална комбинация от оптични свойства

Екипът на Дан Бука заедно с различни изследователски групи вече имат успехи в комбинирането на силиций, германий и калай за създаването на транзистори, фотодетектори, лазери, светодиоди и термоелектрични материали. Добавянето на въглерод осигурява още по-голям контрол върху ширината на енергийната празнина – ключов фактор, който определя поведението на електроните и фотоните.

"Пример за това е лазер, който работи и при стайна температура. Много оптични приложения от силициевата група са все още в начален стадий на развитие", обяснява Дан Бука. "Съществуват и нови възможности за създаване на подходящи термоелектрични елементи за преобразуване на топлината в електрическа енергия в носими устройства и компютърни чипове."

Дълго време производството на подобен материал се смяташе за невъзможно. Въглеродните атоми са миниатюрни, докато атомите на калая са едри и възможностите им за свързване са много различни. Само чрез прецизни корекции в производствения процес е възможно комбинирането на тези противоположности, използвайки индустриална CVD система от Aixtron. Не са необходими никакви специални апарати, само оборудване, подобно на това, което вече стандартно се използва в производството на чипове. Резултатът е висококачествен материал с еднороден състав. Това води и до появата на първия излъчващ светлина диод, базиран на т. нар. квантови ями, направени от всичките четири елемента, което е важна стъпка към създаването на нови оптоелектронни компоненти.

"Материалът предлага уникална комбинация от оптични свойства, които могат да се настройват, и съвместимост със силиций", заявява проф. д-р Джовани Капелини от IHP, който вече повече от десет години работи с Дан Бука за проучване на приложния потенциал на новите полупроводникови компоненти от група IV. "Това поставя основите на мащабируеми фотонни, термоелектрични и квантови компоненти."

Ключови думи: Forschungszentrum Juelich   IHP   CSiGeSn   микроелектроника   фотоника   квантови технологии  

Област: Електроника