Nei laboratori tedeschi è stato compiuto un passo da gigante che potrebbe ridefinire le fondamenta dell'elettronica moderna e futura. Un team di ricercatori del Forschungszentrum Jülich (FZJ) e del Leibniz Institute for Innovative Microelectronics (IHP) ha realizzato un materiale che, fino a poco tempo fa, era considerato quasi impossibile da creare. Si tratta di una lega semiconduttrice stabile che combina per la prima volta quattro elementi chiave della tavola periodica: carbonio (C), silicio (Si), germanio (Ge) e stagno (Sn). Questo composto, battezzato CSiGeSn, rappresenta una sorta di Sacro Graal per la microelettronica, poiché apre le porte a funzionalità finora irraggiungibili con il solo silicio, il re indiscusso dei chip.
Il silicio, pur essendo un materiale straordinario, mostra i suoi limiti quando si cerca di integrare direttamente sui chip componenti fotonici, come i laser, o elementi per il calcolo quantistico. La sfida principale è sempre stata quella di trovare un materiale che non solo offrisse nuove proprietà elettroniche e ottiche, ma che fosse anche pienamente compatibile con i processi industriali esistenti, noti come CMOS. La soluzione è arrivata scegliendo elementi dello stesso gruppo del silicio, il Gruppo IV, garantendo così che la delicata struttura cristallina del wafer non venisse compromessa durante il processo di deposizione, noto come epitassia.
Il vero ostacolo, superato con successo dagli scienziati, è stato l'inserimento del carbonio nella matrice di silicio-germanio-stagno. A causa delle sue dimensioni atomiche molto più piccole e di un diverso comportamento di legame rispetto allo stagno, combinare questi quattro elementi in una lega stabile era un'impresa ritenuta quasi proibitiva.
Utilizzando un avanzato sistema industriale di deposizione chimica da vapore (CVD), il team è riuscito a creare strati sottili e uniformi di questo materiale di altissima qualità, visivamente indistinguibile da un comune wafer di silicio. Come spiegato da Dan Buca, uno dei ricercatori del FZJ, l'aggiunta di carbonio permette un controllo senza precedenti sulla cosiddetta banda proibita, un parametro cruciale che determina il comportamento elettronico e fotonico di un materiale.
Si aprono nuove strade per lo sviluppo di laser integrati su chip che funzionino a temperatura ambiente, o per la creazione di termoelettrici ad alta efficienza in grado di convertire il calore in energia elettrica, ideali per alimentare dispositivi indossabili o per recuperare l'energia dissipata dai processori stessi. Inoltre, il nuovo materiale getta le basi per l'integrazione di componenti quantistici direttamente nell'architettura dei chip, un passaggio fondamentale per la prossima era del calcolo.
A dimostrazione del potenziale, il team ha già creato il primo diodo a emissione di luce (LED) basato su una struttura a pozzo quantico composta da tutti e quattro gli elementi.
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