Uzun Bir Süre Boyunca Böyle Bir Malzemenin Üretilmesinin Neredeyse İmkansız Olduğu Düşünülüyordu

Bu malzemeyi özel kılan şey, silisyum gibi dört elementin de periyodik tablonun IV. Grubunda yer almasıdır. Bu, çip endüstrisinde kullanılan standart üretim yöntemi olan CMOS prosesiyle uyumluluğu garanti eder; bu da önemli bir avantajdır.

Forschungszentrum Jülich'ten Dr. Dan Buca, "Bu dört elementi bir araya getirerek uzun zamandır hedeflediğimiz bir hedefe ulaştık: Nihai Grup IV yarı iletkeni," diye açıklıyor. Yeni alaşım, malzeme özelliklerinin saf silikonun yeteneklerinin ötesinde bileşenlere (örneğin optik bileşenler veya kuantum devreleri) olanak tanıyan bir dereceye kadar ince ayarlanmasını mümkün kılıyor. Bu yapılar, üretim sırasında doğrudan çipe entegre edilebilir. Kimya burada net sınırlar koyar: yalnızca silikonla aynı gruptan elementler, yonga plakası üzerindeki kristal kafese kusursuz bir şekilde yerleşir. Diğer gruplardan elementler ise hassas yapıyı bozar. Altta yatan işleme epitaksi denir ve bu, yarı iletken teknolojisinde ince katmanların atomik hassasiyetle bir alt tabaka üzerine biriktirildiği önemli bir işlemdir.

Optik ve Elektronik Bir Araya Geliyor

Dan Buca'nın ekibi, çeşitli araştırma gruplarıyla birlikte, transistörler, fotodedektörler, lazerler, LED'ler ve termoelektrik malzemeler geliştirmek için silikon, germanyum ve kalay gibi malzemeleri birleştirmeyi başarmıştı. Karbon ilavesi, elektronik ve fotonik davranışı belirleyen temel faktör olan bant aralığı üzerinde daha da fazla kontrol sağlıyor."Örneğin, oda sıcaklığında da çalışan bir lazer. Silikon grubunun birçok optik uygulaması henüz emekleme aşamasında," diye açıklıyor Dan Buca. "Ayrıca, giyilebilir cihazlarda ve bilgisayar çiplerinde ısıyı elektrik enerjisine dönüştürmek için uygun termoelektriklerin geliştirilmesi için yeni fırsatlar mevcut."

Kristal Kafes İçindeki Zıt Unsurlar

Uzun süre böyle bir malzemenin üretimi neredeyse imkansız olarak düşünülüyordu. Karbon atomları çok küçükken, kalay atomları büyük ve bağ kuvvetleri çok farklıydı. Bu zıtlıkları birleştirmek, ancak üretim sürecinde hassas ayarlamalar yapılarak mümkün oldu; AIXTRON AG'nin endüstriyel CVD sistemi kullanılarak. Özel bir cihaza gerek yoktu, sadece çip üretiminde zaten standart olanlara benzer ekipmanlara ihtiyaç vardı. Sonuç: homojen bir bileşime sahip yüksek kaliteli bir malzeme. Bu aynı zamanda, dört elementin tamamından oluşan kuantum kuyusu yapılarına dayanan ilk ışık yayan diyotun ortaya çıkmasına da yol açtı; bu, yeni optoelektronik bileşenlere doğru atılmış önemli bir adımdı.

Dan Buca ile on yıldan uzun süredir yeni Grup IV yarı iletkenlerin uygulama potansiyelini keşfetmek için çalışan IHP'den Prof. Dr. Giovanni Capellini, "Malzeme, ayarlanabilir optik özellikler ve silikon uyumluluğunun benzersiz bir kombinasyonunu sunuyor," diyor. "Bu, ölçeklenebilir fotonik, termoelektrik ve kuantum teknolojisi bileşenleri için temel oluşturuyor." Sonuçlar Advanced Materials dergisinde yayımlandı.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186719/connect-four-new-semiconductor-for-future-computer-chips.html