Преди бяха силициеви чипове, а сега са CSiGeSn.

Учени от института „Лайбниц“ за иновативна микроелектроника (IHP) са разработили ново полупроводниково съединение на базата на четири елемента от IV група на Менделеевата таблица: въглерод, силиций, германий и калай. Новият материал се нарича CSiGeSn и е първата стабилна сплав от четирите елемента от тази група.

Основното предимство на CSiGeSn е неговата съвместимост със съществуващите CMOS технологии за микрочипове. Това го прави потенциален заместител на традиционния силиций, особено в приложения, които изискват интегриране на фотонни или квантови компоненти директно в чипа.

Според д-р Дан Буки, един от участниците в проекта, включването на въглерод в съединение със силиций, германий и калай е позволило прецизна настройка на междината между слоевете – ключов параметър, който определя електронните и фотонните свойства на материала. Това открива възможност за създаване например на мощни лазери, работещи при стайна температура, и на ефективни термоелектрически преобразуватели за носимата електроника.

Учените и преди са работили с комбинации от Si, Ge и Sn в контекста на създаването на фотонни устройства – лазери, светодиоди и фотодетектори. Включването на въглерод обаче оставаше почти невъзможно поради малкия му атомен размер и различното поведение на връзката. Тази бариера беше преодоляна с помощта на промишлен апарат за химическо отлагане на пари (CVD), подобен на този, използван при производството на чипове, от компанията AIXTRON AG.

Важно постижение е създаването на първата LED структура, базирана на квантова яма, съставена от всичките четири елемента. Това доказва стабилността и пригодността на материала за практически приложения.

Новият материал запазва необходимата кристална решетка на полупроводника, която е от решаващо значение за епитаксиалния растеж – процес, при който тънки слоеве от дадено вещество се отлагат с атомна прецизност върху подложката. Елементите, които не са от IV група, нарушават тази структура и поради това не са подходящи за директно интегриране.

Освен във фотониката, учените виждат перспективи за CSiGeSn в областта на термоелектрическите устройства и компонентите за квантови компютри. Материалът съчетава настройваеми оптични свойства и съвместимост със силициевата технология, което според д-р Джовани Капелини, съавтор на изследването, полага основите на мащабируемите решения в тези области.