Un grupo de investigadores formado por el Centro de Investigación de Jülich y por el Instituto Leibniz de Microelectrónica Innovadora (IHP), ambos alemanes, han desarrollado un material fabricado con una aleación estable de carbono, silicio, germanio y estaño. El nuevo compuesto, abreviado como CSiGeSn, abre nuevas posibilidades de aplicación en la interfaz entre la electrónica, la fotónica y la tecnología cuántica. Los cuatro elementos de los que se compone este material lo hacen compatible con el método de fabricación estándar utilizado en la industria de chips.
La nueva aleación permite ajustar con precisión las propiedades del material hasta tal punto que permite la creación de componentes que superan las capacidades del silicio puro, por ejemplo, componentes ópticos o circuitos cuánticos. Estas estructuras pueden integrarse directamente en el chip durante la fabricación.
Gracias a que los elementos utilizados son del mismo grupo que el silicio, encajan óptimamente en la red cristalina de la oblea. Los elementos de otros grupos alteran la sensible estructura. El proceso subyacente se denomina epitaxia, un proceso clave en la tecnología de semiconductores en el que se depositan capas delgadas sobre un sustrato con precisión atómica.
Mayor control de la banda prohibida con la adición del carbono
En investigaciones anteriores, se logró combinar silicio, germanio y estaño para desarrollar transistores, fotodetectores, láseres, LED y materiales termoeléctricos. La adición de carbono proporciona ahora un control aún mayor sobre la banda prohibida, el factor clave que determina el comportamiento electrónico y fotónico. Esto abre nuevas aplicaciones, como el desarrollo de termoeléctricos para convertir el calor en energía eléctrica en dispositivos portátiles y chips informáticos.
Uno de los obstáculos en la fabricación de este tipo de material era el tamaño de los átomos. Mientras que los átomos de carbono son diminutos, los de estaño son grandes, y sus fuerzas de enlace son muy diferentes. Solo mediante ajustes precisos en el proceso de producción fue posible combinar estos polos opuestos, por lo que no se requirió ningún aparato especial, solo equipos similares a los que ya se utilizaban habitualmente en la fabricación de chips.
El resultado es un material de alta calidad con una composición uniforme. Esto también condujo al primer diodo emisor de luz basado en las llamadas estructuras de pozo cuántico, compuestas por los cuatro elementos, un paso importante hacia nuevos componentes optoelectrónicos.