Ученые из Германии разработали уникальный полупроводниковый сплав, сочетающий углерод (C), кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) — все элементы IV группы периодической таблицы. Этот материал, получивший условное обозначение CSiGeSn, может стать основой для будущих квантовых компьютеров, лазеров и даже чипов с функциями преобразования тепла в электричество.
Работу провели исследователи из Forschungszentrum Jülich (FZJ) и Института инновационной микроэлектроники Лейбница (IHP). Результаты опубликованы в научном журнале Advanced Materials.
«Объединив эти четыре элемента, мы достигли давней цели: окончательного полупроводника группы IV», — говорит Дэн Бука, доктор философии и один из авторов исследования.
Полупроводники — основа всей современной электроники. Кремний остается основным элементом для производства чипов, но его возможности на пределе. Он плохо работает с фотоникой (световыми технологиями) и квантовыми системами.
Новый сплав:
- сохраняет совместимость с текущими производственными процессами чипов (CMOS);
- обеспечивает лучший контроль над электронными и оптическими свойствами;
- открывает путь к созданию лазеров, работающих при комнатной температуре, что значительно удешевляет и упрощает производство;
Ранее ученые уже комбинировали германий, кремний и олово для оптоэлектронных устройств, таких как светодиоды и фотодетекторы. Но добавить углерод — элемент с гораздо меньшим атомом и нестандартным поведением — считалось почти невозможным.
Добавление углерода было особенно рискованным из-за его малых размеров и отличающейся структуры связей. Но именно он дал сплаву возможность точно управлять ключевым свойством — энергетическим «порогом», от которого зависит, как материал проводит ток или излучает свет.
Однако немецкие инженеры использовали промышленную установку CVD (химическое осаждение из паровой фазы), созданную компанией AIXTRON AG, и смогли равномерно включить все четыре элемента в однородный стабильный материал.