Slitina umožňuje vyladit vlastnosti materiálu a vyrábět součástky, které přesahují možnosti čistého křemíku.
Výzkumníci z Jülich Research Center a Leibniz Institute for Innovative Microelectronics vyvinuli zcela nový materiál: stabilní slitinu uhlíku, křemíku, germania a cínu. Materiál CSiGeSn podle vědců otevírá zajímavé možnosti pro aplikace na pomezí elektroniky, fotoniky a kvantových technologií.
Zvláštností slitiny je, že všechny čtyři prvky patří do IV. skupiny periodické tabulky. To zajišťuje kompatibilitu se standardní výrobní metodou používanou v čipovém průmyslu – procesem CMOS. „Kombinací těchto čtyř prvků jsme dosáhli dlouholetého cíle: dokonalého polovodiče složeného výhradně z prvků IV. skupiny,“ uvedl spoluautor výzkumu Dan Buca z Forschungszentrum Jülich.
Nová slitina umožňuje vyladit vlastnosti materiálu a vyrábět součástky, které přesahují možnosti čistého křemíku – například optické součástky nebo kvantové obvody. Tyto struktury lze při výrobě integrovat přímo do čipu.
Týmu se již dříve společně s dalšími výzkumnými skupinami podařilo zkombinovat křemík, germanium a cín, a vyvinout tak tranzistory, fotodetektory, lasery, diody LED a termoelektrické materiály. Přidání uhlíku nyní umožňuje ještě lepší kontrolu nad šířkou zakázaného pásu – klíčovým faktorem určujícím elektrické a fotonické chování materiálu.
Dlouhou dobu byla výroba takového materiálu považována za prakticky nemožnou. Atomy uhlíku a cínu se podstatně liší svou velikostí a jejich vazebné síly jsou velmi rozdílné. Pouze díky přesným úpravám výrobního procesu bylo možné tyto problémy překonat – s využitím průmyslového systému pro CVD (chemická depozice z par) společnosti AIXTRON AG. Nebylo zapotřebí žádného speciálního přístroje, pouze zařízení podobné tomu, které se při výrobě čipů již standardně používá.
Výsledkem byl vysoce kvalitní materiál s jednotným složením. Díky tomu vznikla také první světelná dioda na bázi tzv. kvantových jamek (studen, quantum well) vyrobených ze všech čtyř prvků; podle autorů výzkumu jde o důležitý krok směrem k novým optoelektronickým součástkám.
Omar Concepción et al, Adaptive Epitaxy of C‐Si‐Ge‐Sn: Customizable Bulk and Quantum Structures, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202506919
Zdroj: Jülich Research Centre / Phys.org
