Они объединили четыре элемента таблицы Менделеева — и создали нечто, что может изменить квантовую эпоху
NewsMakerРаньше были кремниевые чипы, теперь — CSiGeSn.
Ученые из Исследовательского центра Юлиха (FZJ) и Института инновационной микроэлектроники им. Лейбница (IHP) разработали новое полупроводниковое соединение на основе четырёх элементов IV группы таблицы Менделеева: углерода, кремния, германия и олова. Новый материал получил название CSiGeSn и стал первым в своём роде устойчивым сплавом всех четырёх элементов этой группы.
Главное преимущество CSiGeSn — совместимость с существующими технологиями производства микрочипов по стандарту CMOS. Это делает его потенциальной заменой традиционному кремнию, особенно в тех задачах, где требуется интеграция фотонных или квантовых компонентов прямо в чип.
По словам Дана Буки, PhD, одного из участников проекта, включение углерода в состав с кремнием, германием и оловом позволило добиться тонкой настройки зонной щели — ключевого параметра, определяющего электронные и фотонные свойства материала. Это открывает путь к созданию, например, лазеров, работающих при комнатной температуре , и эффективных термоэлектрических преобразователей для носимой электроники.
Ранее учёные уже работали с комбинациями Si, Ge и Sn в контексте создания фотонных приборов — лазеров, светодиодов и фотодетекторов. Однако включение углерода оставалось почти невозможным из-за его малых атомных размеров и отличающегося характера связей. Этот барьер удалось преодолеть с помощью промышленной установки химического осаждения из газовой фазы (CVD), аналогичной применяемой в производстве чипов, от компании AIXTRON AG.
Важным достижением стало создание первой светодиодной структуры на основе квантовой ямы, составленной из всех четырёх элементов. Это доказывает стабильность и пригодность материала для практического использования.
Новый материал сохраняет необходимую кристаллическую решётку полупроводника, что критически важно для эпитаксиального роста — процесса, при котором тонкие слои вещества наносятся на подложку с атомарной точностью. Элементы, не входящие в IV группу, нарушают эту структуру и потому не подходят для прямой интеграции.
Помимо фотоники, учёные видят перспективы CSiGeSn в области термоэлектрических устройств и компонентов для квантовых компьютеров. Материал сочетает настраиваемые оптические свойства и совместимость с кремниевой технологией, что, по мнению Джованни Капеллини, PhD, соавтора исследования из IHP, закладывает основу для масштабируемых решений в этих направлениях.
Ученые из Исследовательского центра Юлиха (FZJ) и Института инновационной микроэлектроники им. Лейбница (IHP) разработали новое полупроводниковое соединение на основе четырёх элементов IV группы таблицы Менделеева: углерода, кремния, германия и олова. Новый материал получил название CSiGeSn и стал первым в своём роде устойчивым сплавом всех четырёх элементов этой группы.
Главное преимущество CSiGeSn — совместимость с существующими технологиями производства микрочипов по стандарту CMOS. Это делает его потенциальной заменой традиционному кремнию, особенно в тех задачах, где требуется интеграция фотонных или квантовых компонентов прямо в чип.
По словам Дана Буки, PhD, одного из участников проекта, включение углерода в состав с кремнием, германием и оловом позволило добиться тонкой настройки зонной щели — ключевого параметра, определяющего электронные и фотонные свойства материала. Это открывает путь к созданию, например, лазеров, работающих при комнатной температуре , и эффективных термоэлектрических преобразователей для носимой электроники.
Ранее учёные уже работали с комбинациями Si, Ge и Sn в контексте создания фотонных приборов — лазеров, светодиодов и фотодетекторов. Однако включение углерода оставалось почти невозможным из-за его малых атомных размеров и отличающегося характера связей. Этот барьер удалось преодолеть с помощью промышленной установки химического осаждения из газовой фазы (CVD), аналогичной применяемой в производстве чипов, от компании AIXTRON AG.
Важным достижением стало создание первой светодиодной структуры на основе квантовой ямы, составленной из всех четырёх элементов. Это доказывает стабильность и пригодность материала для практического использования.
Новый материал сохраняет необходимую кристаллическую решётку полупроводника, что критически важно для эпитаксиального роста — процесса, при котором тонкие слои вещества наносятся на подложку с атомарной точностью. Элементы, не входящие в IV группу, нарушают эту структуру и потому не подходят для прямой интеграции.
Помимо фотоники, учёные видят перспективы CSiGeSn в области термоэлектрических устройств и компонентов для квантовых компьютеров. Материал сочетает настраиваемые оптические свойства и совместимость с кремниевой технологией, что, по мнению Джованни Капеллини, PhD, соавтора исследования из IHP, закладывает основу для масштабируемых решений в этих направлениях.