MENÜ
2022. augusztus 11.
Zsuzsanna, Tiborc
Kihívója akadt a szilíciumnak

Kihívója akadt a szilíciumnak

raketa.hu

Rátaláltak az eddigi legjobb félvezető anyagra.

Az új anyag a szilíciumnál is jobb hővezető képességgel rendelkezik, de eddig csak kis mennyiséget sikerült előállítani belőle laboratóriumi körülmények között.

A széles körben félvezetőként használt szilíciumnak kihívója akadhat az MIT (Massachusetts-i Műszaki Egyetem Intézet) kutatóinak felfedezése jóvoltából, egy új anyag ugyanis ugyanolyan jó elektronáteresztő képességgel rendelkezik, mint a szilícium, de hővezetés tekintetében még sokkal nagyobb a hatékonysága és egy apró, de annál fontosabb tulajdonság is megkülönbözteti a félfémes elemtől.

Az anyag, a köbös bór-arzenid, speciális jellemzője, hogy az elektronok közvetítése mellett az elektronlyukaknak is könnyedén helyet ad, ami a szilíciumra kevésbé igaz, márpedig a félvezetők vezetőképessége szempontjából fontos aspektust jelent ez utóbbi részegységek jelenléte is. A lyukak az elektronnal együtt alkotnak egy formációt és akkor jönnek létre, mikor a félvezető által elnyelt fényt alkotó fotonok interakcióba lépnek az elektronokkal, amelyek ennek hatására magasabb energiaállapotba kerülnek és elhagyják az eredeti helyüket. Ahol az elektronok korábban tartózkodtak egy pozitív töltésű lyuk marad hátra, ami vonzza a körülötte lévő, negatív töltésű elektronokat. Az elektronlyuk tehát lényegében az elektron hűlt helyét, hiányát jelenti, de töltéshordozó egység lévén a félvezetőkben hozzájárul az elektromosság zavartalan áramlásához.

A köbös bór-arzenidben (amelyben az atomok a kocka alakú struktúra minden csúcsában elhelyezkednek, ezért a köbös elnevezés) a lyukak is nagyobb fokú mozgékonyságra képesek, ami, az MIT leírása szerint, döntő szerepet játszhat bizonyos típusú chipek működésének tekintetében. A bór-arzenid hővezető képessége pedig tízszerese a szilíciuménak a mérések szerint.

"A hő jelenleg jelentős behatároló tényező az elektronikus eszközök tekintetében" - mondta el Jungwoo Shin, a felfedezésről szóló tanulmány vezető szerzője - "Szilícium-karbid kezdi felváltani a szilíciumot az elektronikák energiaellátásában a jelentősebb EV gyártóknál, köztük a Teslánál is, mivel háromszor nagyobb a hővezetési tényezője, mint a szilíciumnak, az alacsonyabb elektromos mobilitás ellenére. Képzeljük el, mit lehetne elérni a bór-arzenidekkel, a szilíciumnál tízszer nagyobb hővezető képességgel és sokkal magasabb mobilitással. Gyökeres változást hozó technológia lehet."

Az ígéretes anyag felhasználásának azonban egy dolog jelenleg még az útjában áll és ez a tényező valószínűleg nem egykönnyen átléphető akadályt jelent: a bór-arzenidet eddig csak laboratóriumi körülmények között állították elő, méghozzá kis mennyiségben és egyenetlen szerkezettel. Ahhoz, hogy ipari méretekben készítsenek belőle alapanyagot, a gyártók egyre növekvő igényeit kiszolgálva, egyenletesebb, uniformizáltabb struktúrára van szükség és olyan előállítási módszerre, amellyel nagy kiszerelésben készíthető a bór-arzenid alapú félvezető. A kutatók tervei szerint a következő lépést az eddig előállított minták azon részeinek alaposabb vizsgálata jelenti, amelyek elég egyenletesnek bizonyulnak, a begyűjtött adatok segíthetnek az ideálisabb struktúra megtervezésében. Azt azonban, hogy a szilícium valódi versenytársat kap-e az új anyag képében, még a szakértők sem tudják biztosan megjósolni.

"Van egy anyagunk, ami jobb a szilíciumnál, de valóban a feje tetejére állítja az ipart? Nem tudjuk." - mondta Gang Chen, az MIT professzora - "Hogy végül bekerül-e egy berendezésbe és felváltja-e a jelenlegi piaci termékek egy részét, az még bizonyítás előtt áll."