pte20220726003 Forschung/Entwicklung, Produkte/Innovationen
Neues Halbleitermaterial hat gute Eigenschaften: Prozessforschung für die industrielle Produktion
Struktur von kubischem Borarsenid: Boratome sind grau dargestellt (Bild: mit.edu)
Cambridge/Houston (pte003/26.07.2022/06:10) –
Mit kubischem Borarsenid haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology, der University of Houston und anderer amerikanischer Forschungseinrichtungen ein Ersatzmaterial für das Halbleitermaterial Silizium gefunden, das die Nachteile des in der Elektronik dominierenden Materials nicht aufweist Silizium, das Solarzellen und Halbleiterbauteile dominiert, ist als Bestandteil von Sand auf der Erde nahezu unerschöpflich.
Mobilität, Wärmeleitfähigkeit
Allerdings sind seine Eigenschaften als Halbleiter alles andere als ideal. Obwohl Silizium es Elektronen ermöglicht, sich leicht durch seine Struktur zu bewegen, ist es für „Löcher“, die positiv geladenen Gegenstücke von Elektronen, viel weniger geeignet. Die Verwendung beider ist für einige Arten von Chips wichtig. Außerdem ist Silizium kein sehr guter Wärmeleiter, sodass Überhitzungsprobleme teure Kühlsysteme in Computern erfordern.
Das neue Material hat keine der Nachteile von Silizium. Es bietet eine hohe Mobilität für Elektronen und Löcher und hat eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit. Laut den Forschern ist es das beste bisher gefundene Halbleitermaterial, vielleicht sogar das bestmögliche.
Suche nach einer Produktionstechnik
„Übermäßige Erwärmung ist ein großer Engpass für viele elektronische Geräte“, sagt MIT-Postdoc Jungwoo Shin. Siliziumkarbid ersetzt Silizium bereits in der Leistungselektronik, weil es trotz geringerer elektrischer Mobilität eine dreifach höhere Wärmeleitfähigkeit als Silizium besitzt. „Aber stellen Sie sich vor, was Borarsenide mit einer zehnmal höheren Wärmeleitfähigkeit und einer viel höheren Mobilität als Silizium erreichen können. Es könnte ein Game Changer sein“, sagt Shin.
Die Herausforderung besteht nun darin, praktische Wege zu finden, um dieses Material in nutzbaren Mengen herzustellen. Aktuelle Methoden produzieren sehr inkonsistentes Material, sodass das Team kleine Bereiche auswählen muss, die konsistent genug sind, um zuverlässige Daten zu liefern. Es gelang jedenfalls, aber für eine industrielle Anwendung reichte es nicht. Aber in naher Zukunft könnte das Material einige Nischenanwendungen finden, in denen seine einzigartigen Eigenschaften einen signifikanten Unterschied machen würden, sagen die Forscher.
(Finale)