Onderzoekers van het Forschungszentrum Jülich en het Leibniz-Institut für Innovative Mikroelektronik (IHP) hebben een baanbrekende prestatie geleverd met de ontwikkeling van een stabiele legering van koolstof, silicium, germanium en tin (CSiGeSn). Dit nieuwe materiaal, dat alle vier de elementen uit Groep IV van het periodiek systeem verenigt, opent veelbelovende mogelijkheden voor de volgende generatie elektronica, fotonica en kwantumtechnologie.
Het materiaal is ontwikkeld met behulp van epitaxie en een Chemical Vapor Deposition (CVD) systeem van AIXTRON AG. Een cruciaal voordeel van de CSiGeSn-legering is dat de eigenschappen nauwkeurig kunnen worden afgestemd, waardoor het direct kan worden geïntegreerd in bestaande chipfabricageprocessen, zoals het CMOS-proces. Dit kan de adoptie in de industrie aanzienlijk versnellen.
Dr. Dan Buca van het Forschungszentrum Jülich beschrijft de ontwikkeling als het realiseren van een langgekoesterd doel: de ultieme Groep IV-halfgeleider. "Door deze vier elementen te combineren, hebben we bereikt wat velen voor onmogelijk hielden," aldus Buca. De nieuwe legering maakt componenten mogelijk die de prestaties van puur silicium overtreffen, zoals optische componenten en kwantumcircuits.
De integratie van CSiGeSn in bestaande productieprocessen is een belangrijke stap. De onderzoekers hebben aangetoond dat de legering kan worden gebruikt voor de fabricage van componenten, waaronder een lichtemitterende diode (LED) gebaseerd op kwantumputstructuren van alle vier de elementen. Dit is een belangrijke stap richting nieuwe opto-elektronische componenten.
Professor Giovanni Capellini van het IHP benadrukt de unieke combinatie van afstembare optische eigenschappen en siliciumcompatibiliteit. "Dit legt de basis voor schaalbare fotonische, thermo-elektrische en kwantumtechnologische componenten," stelt hij. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Advanced Materials.
De ontwikkeling van CSiGeSn bouwt voort op decennia van onderzoek naar halfgeleidermaterialen. De geschiedenis van halfgeleiders gaat terug tot de ontdekking van de transistor in 1947 door Bardeen, Brattain en Shockley, wat leidde tot de transistor-era en de latere ontwikkeling van geïntegreerde schakelingen (IC's). De huidige doorbraak met CSiGeSn vertegenwoordigt een nieuwe fase in deze evolutie, met potentieel voor revolutionaire toepassingen in diverse technologische sectoren.