Forschungszentrum Jülich (FZJ) ve Leibniz Yenilikçi Mikroelektronik Enstitüsü'nden (IHP) araştırmacılar, periyodik tablonun IV. grubundan dört elementi birleştirerek çip teknolojilerinde yeni bir çağ başlatabilecek kararlı bir yarı iletken malzeme geliştirdi. Karbon (C), silisyum (Si), germanyum (Ge) ve kalaydan (Sn) oluşan bu alaşım, CSiGeSn olarak adlandırıldı.
CMOS UYUMLU YENİLİK
Yeni alaşım, standart CMOS üretim süreçleriyle tamamen uyumlu olması sayesinde mevcut çip altyapısına entegre edilebiliyor. Silisyumun sınırlamalarını aşan CSiGeSn, optik ve elektronik özelliklerin hassas ayarına olanak tanıyor. Bu, kuantum hesaplama, fotonik bileşenler ve ısıyı elektriğe dönüştürebilen termoelektrik sistemlerde önemli avantajlar sağlıyor.
FZJ araştırmacısı Dr. Dan Buca, “Bu dört elementi bir araya getirerek nihai Grup IV yarı iletkenine ulaştık” diyerek, bu gelişmenin uzun süredir beklenen bir hedefi temsil ettiğini belirtti.
BANT ARALIĞINDA TAM KONTROL
Silisyum-germanyum-kalay matrisine karbon eklenmesi, bant aralığını olağanüstü hassasiyetle kontrol etme imkânı tanıyor. Bu sayede, oda sıcaklığında çalışabilen lazerlerden, yüksek performanslı LED’lere kadar birçok optoelektronik cihaz geliştirilebilecek.
Dr. Buca, “Silikon temelli lazerler hâlâ sınırlı. Bu yeni malzeme ile oda sıcaklığında çalışan lazerler mümkün olabilir” dedi. Ayrıca, giyilebilir cihazlar için verimli termoelektrik uygulamalara da işaret etti.
FOTONİKTE ATILIM
Bilim insanları, AIXTRON AG’nin ileri düzey kimyasal buhar biriktirme (CVD) sistemini kullanarak, dört elementi tek tip ve kararlı bir kristal yapıda birleştirmeyi başardı. Bu, uzun süredir karbonun farklı bağ yapısı nedeniyle mümkün görülmüyordu.
MALZEMEYLE GELEN IŞIK
Araştırma ekibi, kuantum kuyusu yapısına dayanan ilk CSiGeSn ışık yayan diyodu (LED) başarıyla üretti. Bu, malzemenin optoelektronik uygulamalara hemen entegre edilebileceğini gösterdi.
IHP'den Profesör Giovanni Capellini, “Malzeme, ayarlanabilir optik özellikler ve silikon uyumluluğunun eşsiz birleşimini sunuyor” diyerek, bu bileşiğin ölçeklenebilir fotonik ve kuantum teknolojisinin temellerini atacağını vurguladı.
