Új generációs szilícium hozhat áttörést az elektronika- és félvezetőgyártásban

Támogasd a tudomány népszerűsítését, segítsd a munkánkat!

A Carnegie Institution for Science kutatói, Thomas Shiell és Timothy Strobel kifejlesztettek egy módszert, amellyel hatszögletű kristályos formába rendeződött szilícium szintetizálható. Az eljárás a tervezők szerint felhasználható lehet az új generációs elektronikák és energiatároló eszközök fejlesztése során, mivel a kristályszerkezet tulajdonságai túlmutatnak a ma használt, négyszögletű rácsokba rendeződött kristályszerkezetű szilíciuméin.

A szilícium az emberi élet kulcsfontosságú eleme; gyakorlatilag ez a második leggyakoribb elem a földkéregben. Más elemekkel ötvözve számos építési és infrastrukturális projektben nélkülözhetetlen. A jelentőségét jól mutatja, hogy az Egyesült Államok legnagyobb technológia központját, a Szilícium-völgyet is róla nevezték el.

Más elemekhez hasonlóan a szilícium is változatos kristályos formákba rendeződhet: a lágy grafithoz és a szuperkemény gyémánthoz hasonlóan allotróp anyag. A műszaki eszközökben, például számítógépekben és napelemekben használt szilícium szerkezete azonos a gyémántéval, és mindenhol megtalálható. Ennek ellenére a szilícium nyers formájában nem ideális alapanyag olyan új generációs eszközök gyártásához, mint a nagy teljesítményű tranzisztorok és a fotovoltaikus elemek. Noha a szilícium egyes allotrópjai alkalmasabbak lehetnek erre a célra a megnövelt fizikai tűrőképességük miatt, ezekből csak néhány típus létezik.

Strobel és munkatársai korábban kifejlesztettek egy vadonatúj szilíciumtípust, az Si24-et, ami egydimenziós, nyitott szerkezetű csatornákból állt. Az új fejlesztés során Shiell és Strobel az Si24-et többlépcsős szintézissel 4H-szilíciummá alakították, ami az orientált kristályok négy, hatszögletű szerkezetben ismétlődő rétegéről kapta a nevét.

„A hatszögletű szilícium iránti érdeklődés az 1960-as évekig nyúlik vissza, mivel az elektronikai tulajdonságainak finomhangolása jóval kifinomultabb, mint a négyzetes szerkezetűé.

mondta Strobel a phys.org hírportálnak.

A 4H szilíciumot a hatszögletű kristályszerkezete miatt alkalmasabb lehet új generációs tranzisztorok és fotovoltaikus elemek gyártásához, mint a hagyományos kristályszerkezetű szilíciumtípusok.Fotó: Carnegie Institution for Science

A szilíciumot már korábban is szintetizálták hatszögletű kristályos szerkezetként, de ezt csak vékony filmrétegek egymásra helyezésével, illetve nanokristályként tudták megvalósítani, és ezek tele vannak rendezetlen anyagokkal. Az Si24 most bemutatott változatával tömegesen állíthatók elő a jó minőségű kristályok, amik a jövőbeni kutatások alapjául szolgálhatnak.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: