🔬 Горизонты технологий. Материалы GeSn. Перспективные полупроводники. Европа

В Европе разработали новый класс полупроводников на базе GeSn

Учёные из Университета Эдинбурга и других исследовательских центров (включая GFZ Helmholtz Centre for Geosciences, Университет Лилля, Университет Гренобль Альпы, Университет Байройта и Европейский синхротронный центр) разработали метод создания стабильных германий-оловянных сплавов.

GeSn-полупроводники – это новый класс материалов, которые могут значительно улучшить эффективность оптоэлектронных устройств. Эти материалы способны более эффективно поглощать и излучать свет по сравнению с традиционными кремниевыми полупроводниками.

Это было известно и ранее, но до сих пор ученым не удавалось создавать стабильные германий-оловянные сплавы. Более того, считалось, что создать такой материал практически невозможно, так как германий и олово не вступают в химическую реакцию друг с другом в обычных условиях. Теперь – удалось!

Смесь германия и олова нагревали до температуры выше 1200 °C и одновременно применяли давление до 10 гигапаскалей (примерно в 100 раз превышающее давление на дне Марианской впадины). В этих экстремальных условиях атомы образовали новую гексагональную кристаллическую структуру. В результате получились сплавы, которые остаются стабильными при комнатной температуре и давлении. И являются эффективными полупроводниками (при доле олова до 16%).

Поскольку германий и олово относятся к той же группе периодической таблицы, что и кремний, их сплавы можно интегрировать в существующие CMOS-процессы.

Исследования показали, что GeSn-полупроводники обладают интересными спин-связанными свойствами, что делает их перспективными для спинтроники.

Многообещающе выглядит материал и для создания лазеров, способных работать при высоких температурах. Например, ранее исследователи демонстрировали GeSn-лазеры, работающие при температурах до 180 Кельвинов (около −135 °C), с более широким диапазоном длин волн и более низким пороговым значением генерации. Цель учёных — создать электрически накачиваемый лазер, работающий при комнатной температуре.

🎓 Кремний и германий – материалы с так называемой непрямой запрещенную зону. Запрещенная зона, это разница энергий, которую электроны должны преодолеть, чтобы проводить электричество. В материале с непрямой запрещенной зоной электроны не могут легко высвобождать энергию в виде света; вместо этого большая ее часть теряется в виде тепла. Это делает кремний и германий неэффективными для создания светоизлучающих устройств.

Добавление олова изменяет электронную структуру и, следовательно, расположение энергетических уровней внутри материала. При достаточном количестве олова германий может приблизиться к прямой запрещенной зоне, что означает, что электроны могут высвобождать энергию непосредственно в виде света. Это существенно облегчает задачу создания лазеров.

@RUSmicro