CSiGeSn: Neues Halbleitermaterial
2026-02-23
Forschende des Forschungszentrums Jülich und des Leibniz-Instituts für innovative Mikroelektronik (IHP) haben ein Material entwickelt, das es bislang nicht gab: eine stabile Legierung aus Kohlenstoff, Silizium, Germanium und Zinn. Die neue Verbindung, abgekürzt CSiGeSn, eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen an der Schnittstelle von Elektronik, Photonik und Quantentechnologie.
Der Vorteil des neuen Materials: Alle vier Elemente stammen wie Silizium aus der vierten Hauptgruppe des Periodensystems, nicht wie Verbindungshalbleiter wie GaAs, Galliumarsenid, aus der dritten und fünften. Das macht die Legierung kompatibel mit dem eingespielten CMOS-Prozess.
„Mit der Kombination dieser vier Elemente haben wir ein lang verfolgtes Ziel erreicht: den ultimativen Halbleiter auf Basis der vierten Hauptgruppe“, erklärte Dr. Dan Buca vom Forschungszentrum Jülich.
Mit der neuen Legierung werden Bauelemente möglich, die mit reinem Silizium nicht realisierbar wären, etwa für optische Komponenten oder in Quantenschaltungen. Die Strukturen lassen sich direkt bei der Herstellung auf dem Chip erzeugen. Die Chemie setzt dabei klare Grenzen: Nur Elemente, die zur selben Hauptgruppe gehören wie Silizium, fügen sich nahtlos ins Kristallgitter auf dem Wafer ein. Elemente anderer Gruppen stören das empfindliche Gefüge. Das zugrunde liegende Verfahren heißt Epitaxie, ein Schlüsselprozess der Halbleitertechnologie, bei dem dünne Schichten atomgenau auf einem Substrat abgeschieden werden.
Schon zuvor war es Forscherinnen und Forschern um Dan Buca gelungen, Silizium, Germanium und Zinn zu kombinieren und daraus Transistoren, Photodetektoren, Laser und LEDs zu entwickeln – oder thermoelektrische Materialien. Die Hinzunahme von Kohlenstoff erweitert nun die Möglichkeiten, die Bandlücke – entscheidend für das elektronische und photonische Verhalten – gezielt einzustellen und so zu erhöhen, wie es bislang nur bei den Verbindungshalbleitern möglich war.
Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.
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