Alemania crea un material «que nunca ha existido» y tendrá una importante misión: llevarnos a la tecnología cuántica
El material es una aleación semiconductora estable de carbono (C), silicio (Si), germanio (Ge) y estaño (Sn)
Un grupo de investigadores del Forschungszentrum Jülich (FZJ), una de las instituciones de investigación interdisciplinarias más grandes de Europa, y el Instituto Leibniz de Microelectrónica Innovadora (IHP), ha diseñado un nuevo material que podría marcar el futuro de la computación cuántica, la microelectrónica y la fotónica. El material es una aleación semiconductora estable de carbono (C), silicio (Si), germanio (Ge) y estaño (Sn).
Abreviado como CSiGeSn, el compuesto es el primero de su tipo y pertenece al mismo grupo IV de la tabla periódica, haciéndolo totalmente compatible con los procesos estándar de fabricación de chips CMOS. La aleación representa un gran avance en la innovación de semiconductores, ya que el silicio, dominante durante muchos años en la fabricación de chips, presenta limitaciones a la hora de integrar elementos fotónicos o cuánticos.
El nuevo material permite ajustar con precisión las propiedades electrónicos y ópticas, superando al silicio puro. Además, sigue siendo compatible con la delicada red cristalina de la oblea, que es necesaria para la producción de chips. Dan Buca, PhD, uno de los investigadores de FZJ: "Al combinar estos cuatro elementos, hemos logrado un objetivo de larga data: el semiconductor definitivo del Grupo IV".
El nuevo material abre la puerta a la integración de funciones completamente nuevas en los chips
Los investigadores explicaron que solo los elementos del mismo grupo que el silicio pueden mantener la estructura cristalina. Otros, a su vez, la alteran debido a la epitaxia, que es un proceso en la tecnología de semiconductores en el que se depositan capas delgadas sobre un sustrato con precisión atómica.
Buca afirma que agregar carbono a la matriz de silicio-germanio-estaño permite un control sin precedentes sobre la brecha de banda, un parámetro crítico que dicta el comportamiento electrónico y fotónico de un material: "un ejemplo es un láser que también funciona a temperatura ambiente. También existen nuevas oportunidades para desarrollar termoeléctricos adecuados para convertir el calor en energía eléctrica en dispositivos portátiles y chips de computadora".
Durante mucho tiempo, se creyó que era casi imposible añadir carbono, debido a que su tamaño atómico es mucho menor, y a su comportamiento de enlace diferente al del estaño. Los científicos experimentaron durante años con combinaciones para crear dispositivos optoelectrónicos como láseres, LED y fotodetectores. Pero mediante el uso de un sistema avanzado de deposición química de vapor (CVD) industrial de AIXTRON AG, el equipo combinó los cuatro elementos en un material uniforme y estable.
El nuevo material abre la puerta a la integración de funciones completamente nuevas en los chips, como láseres de temperatura ambiente, termoeléctricos de alta eficiencia para tecnología portátil e, incluso, componentes cuánticos para futuros sistemas informáticos. “El material ofrece una combinación única de propiedades ópticas ajustables y compatibilidad con el silicio”, dijo Giovanni Capellini, PhD, profesor del IHP y coautor del estudio.