Neues Material soll Computerchips der Zukunft revolutionieren

Deutsche Forscher haben ein neuartiges Halbleitermaterial namens CSiGeSn hergestellt, das aus Kohlenstoff, Silizium, Germanium und Zinn besteht. Es ist bislang einzigartig, weil es 4 Elemente aus der 4. Hauptgruppe des Periodensystems kombiniert. Dadurch sei es mit dem Standard-Herstellungsprozess aus der Chipindustrie, dem CMOS-Prozess, kompatibel. Man habe damit „den ultimativen Halbleiter auf Basis der 4. Hauptgruppe“ geschaffen, erklärt Dr. Dan Buca vom Forschungszentrum Jülich in einer Aussendung.

Mit der Legierung kann man Bauelemente direkt auf dem Chip herstellen. Bei reinem Silizium war das nicht möglich. Dazu verwendet man eine Methode namens Epitaxie, bei der sehr dünne kristalline Schichten auf dem Chip-Wafer aufgetragen werden. Die Kristallstruktur der Schicht hat dann genau den gleichen Aufbau wie das darunterliegende Substrat. 

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Für Optik-Anwendungen und Quantencomputer

Das neue Material ist spannend, weil man präzise angepasste Bauteile für Optik-Komponenten wie fortschrittliche Linsen oder Quantencomputer bauen kann – Bauteile, die man aus reinem Silizium nicht herstellen kann und die es in der Form noch nicht gab. 

„Ein Beispiel ist ein Laser, der auch bei Raumtemperatur funktioniert. Viele optische Anwendungen aus der Silizium-Gruppe stehen noch ganz am Anfang“, meint Buca. „Auch für die Entwicklung von geeigneten Thermoelektrika ergeben sich neue Möglichkeiten, um Wärme in Wearables und Computerchips in elektrische Energie umzuwandeln.“

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Bevor die Kombination der 4 Elemente gelungen ist, schafften die Forscher bereits, Silizium, Germanium und Zinn zu kombinieren. Obwohl das bisher als kaum machbar galt, konnten sie auch noch Kohlenstoff hinzufügen. Weil Zinn und Kohlenstoff sehr unterschiedlich sind, war die Kombination nicht so einfach. Der Durchbruch konnte aber mit einer vergleichsweise einfachen CVD-Anlage erreicht werden - einer Maschine, die auch in der Chipproduktion oder Solarindustrie eingesetzt wird. Dort trägt sie dünne Schichten von unterschiedlichen Materialien auf einen anderen Festkörper auf.