Немецкие ученые из Исследовательского центра Юлих (Forschungszentrum Jülich) и Лейбцигского института инновационной микроэлектроники (IHP) разработали стабильный сплав из четырех элементов четвертой группы периодической таблицы: углерода, кремния, германия и олова (CSiGeSn). Это достижение, опубликованное в журнале Advanced Materials, открывает новые возможности для развития электроники, фотоники и квантовых технологий.
Создание стабильного сплава, объединяющего элементы с такими разными атомными размерами и характеристиками связи, как углерод и олово, долгое время считалось практически невозможным. Преодоление этих фундаментальных физических ограничений стало возможным благодаря точному инжинирингу и использованию системы химического осаждения из газовой фазы (CVD) от компании AIXTRON AG. Этот процесс, известный как эпитаксия, позволяет с атомной точностью наносить тонкие слои материалов, формируя высококачественные кристаллические структуры, необходимые для современных полупроводниковых устройств.
Новый сплав CSiGeSn обладает уникальной особенностью: его свойства можно тонко настраивать, что позволяет создавать компоненты, превосходящие возможности чистого кремния. Это открывает путь к разработке таких передовых устройств, как лазеры, работающие при комнатной температуре, высокочувствительные оптические сенсоры и сложные квантовые схемы.
Важнейшим преимуществом является полная совместимость сплава с существующими производственными процессами изготовления микросхем, в частности, со стандартным процессом CMOS. Эта совместимость критически важна, поскольку она позволяет использовать существующую полупроводниковую инфраструктуру для производства новых, более совершенных компонентов, устраняя одно из главных препятствий на пути к коммерциализации.
Доктор Дэн Бука из Исследовательского центра Юлих охарактеризовал разработку как долгожданный этап, позволяющий достичь «идеального полупроводника группы IV». Он подчеркнул, что этот материал позволяет достичь уровня настройки свойств, который ранее был недостижим, открывая двери для новых применений, от лазеров и фотодетекторов до квантовых схем и термоэлектрических устройств для преобразования энергии. Исследователи уже демонстрировали успешное создание светоизлучающих диодов на основе всех четырех элементов, что является важным шагом к новым оптоэлектронным компонентам.
Разработка сплава CSiGeSn представляет собой значительный шаг вперед в области материаловедения и полупроводниковых технологий. Способность интегрировать этот новый материал в существующие производственные процессы обещает ускорить его внедрение и революционизировать такие области, как квантовые вычисления, фотоника и высокопроизводительная электроника, предлагая новые горизонты для технологического прогресса.