Uusia materiaalimuotoja elektroniikalle

4H-Si:n rakenteen visualisointi kohtisuorassa kuusikulmaiseen akseliin nähden.

Carnegien Sciensin Thomas Shiellin ja Timothy Strobelin vetämä työryhmä on kehittänyt uuden menetelmän kuusikulmaisen rakenteen omaavan uuden kiteisen piimuodon syntetisoimiseksi. Sellaista voitaisiin mahdollisesti käyttää uuden sukupolven elektroniikka- ja energialaitteiden luomiseen, joilla on paremmat ominaisuudet kuin nykyään käytetyllä piillä.

Nykyisin laajalti käytetyllä piillä on sama rakenne kuin timantilla. Se ei kuitenkaan ole optimi seuraavan sukupolven sovelluksiin, mukaan lukien suuritehoiset transistorit ja jotkut aurinkosähkölaitteet.

Vaikka teoriassa on mahdollista käyttää monia erilaisia piin allotrooppeja, joilla on paremmat fysikaaliset ominaisuudet niin käytännössä on vain harvoja olemassa, koska niiden synteettisiä reittejä ei tunneta.

Strobelin laboratorio oli aiemmin kehittänyt vallankumouksellisen uuden piimuodon nimeltä Si24, jolla on avoin kehys, joka koostuu sarjasta yksiulotteisia kanavia. Tässä uudessa työssä tutkijat käyttivät Si24:ä lähtökohtana monivaiheisessa synteesireitissä, joka johti erittäin suuntautuneisiin kiteisiin 4H-pii-muodossa, joka on nimetty neljästä toistuvasta kerroksesta kuusikulmaisesta rakenteesta.

Piin kuusikulmaisia muotoja on syntetisoitu aiemmin, mutta vain kerrostamalla ohuita kalvoja tai nanokiteitä, jotka esiintyvät rinnakkain epäjärjestyneen materiaalin kanssa. Äskettäin esitelty Si24-reitti tuottaa ensimmäiset korkealaatuiset perusmateriaalikiteet, jotka toimivat perustana tuleville tutkimustoimille.

"Voisimme mahdollisesti käyttää tätä menetelmää siemenkiteiden luomiseen kasvattamaan suuria määriä 4H-rakennetta ominaisuuksilla, jotka mahdollisesti ylittävät timanttipiin vastaavat."

Michiganin yliopiston tutkijat ovat puolestaan kehittäneet nitridisiä ferrosähköisiä puolijohteita seuraavan sukupolven elektroniikalle. Ensimmäistä kertaa tutkijat saavuttivat yksikiteisiä korkealaatuisia ferrosähköisiä III-V-puolijohteita, jotka voidaan integroida olemassa oleviin alustoihin laajalle valikoimalle ferrosähköisiä, elektronisia, optoelektronisia ja fotonisia laitteita.

Ferrosähköinen puolijohde valmistettiin molekyylisäteisellä epitaksijärjestelmällä (MBE), jota käytetään jo valtavirran nitridipohjaisten laitteiden valmistamiseen.

Ferrosähköinen puolijohde mahdollistaa sähköisen polarisaation vaihtamisen. Tämä on erityisen lupaava neuromorfisen tietojenkäsittelyn ja tekoälyn mikroelektronisissa muistilaitteissa, joissa se voi johtaa pidempiin retentioaikoihin, pienempiin energiakustannuksiin, suurempaan integraatiotiheyteen ja lisääntyneeseen kestävyyteen ankarissa ympäristöissä.

Nyt kun resepti on tiedossa, se voidaan toistaa puolijohdepiirien, kuten transistorien, suurten määrien valmistuksessa.

Aiheista aiemmin:

Auringonvalolle sopivaa piitä

Ferrosähköisyys yhdistää transistorit ja muistit