Cyna silikonowa
| Krzem-cyna | |
|---|---|
 Widok sieci SiSn widzianej z kierunku <100>. Atomy krzemu dalej od przekroju są wyświetlane przy użyciu jaśniejszego odcienia niebieskiego. Czerwony atom to atom Sn zajmujący punkt sieci krzemowej. | |
| Typ materiału | Stop |
Krzem-cyna lub SiSn jest ogólnie terminem używanym dla stopu w postaci Si ( 1-x) Snx . Stosunek cząsteczkowy cyny do krzemu może się różnić w zależności od metod wytwarzania lub warunków domieszkowania. Ogólnie wiadomo, że SiSn jest z natury półprzewodnikiem, a nawet niewielkie ilości domieszkowania Sn w krzemie można również wykorzystać do wytworzenia naprężenia w siatce krzemowej i zmiany właściwości transportu ładunku.
Studia teoretyczne
Kilka prac teoretycznych wykazało, że SiSn jest półprzewodnikiem. Obejmują one głównie DFT . Struktury pasmowe otrzymane za pomocą tych prac pokazują zmianę pasma wzbronionego krzemu wraz z włączeniem cyny do sieci krzemowej. Tak więc, podobnie jak SiGe, SiSn ma zmienne pasmo wzbronione, które można kontrolować za pomocą stężenia Sn jako zmiennej. W 2015 roku Hussain i in. eksperymentalnie zweryfikowali dostrojenie pasma wzbronionego związanego z dyfuzją cyny za pomocą jednorodnych diod złączowych pn.
Produkcja
SiSn można otrzymać eksperymentalnie, stosując kilka podejść. Dla małej ilości Sn w krzemie dobrze znany jest proces Czochralskiego . W przeszłości szeroko próbowano również dyfuzji cyny w krzem. Sn ma taką samą wartościowość i elektroujemność jak krzem i można go znaleźć w sześciennej strukturze kryształu diamentu (α-Sn). Zatem krzem i cyna spełniają trzy z czterech reguł Hume'a-Rothery'ego dotyczących rozpuszczalności w stanie stałym . Jedynym kryterium, które nie jest spełnione, jest różnica w wielkości atomów. Atom cyny jest znacznie większy niż atom krzemu (31,8%). Zmniejsza to rozpuszczalność cyny w krzemie w stanie stałym.
Wydajność elektryczna
Pierwszy MOSFET (tranzystor polowy z efektem metal-tlenek-półprzewodnik) wykorzystujący SiSn jako materiał kanałowy został pokazany w 2013 r. Badanie to wykazało, że SiSn może być używany jako półprzewodnik do produkcji MOSFET i że mogą istnieć pewne zastosowania, w których użycie SiSn zamiast krzemu może być korzystniejszy. W szczególności prąd wyłączenia tranzystorów SiSn jest znacznie niższy niż w przypadku tranzystorów krzemowych. Zatem obwody logiczne oparte na SiSn MOSFET zużywają mniej energii statycznej w porównaniu do obwodów opartych na krzemie. Jest to korzystne w przypadku urządzeń zasilanych bateryjnie (urządzenia LSTP), w przypadku których moc w trybie gotowości musi zostać zmniejszona, aby wydłużyć żywotność baterii.
Przewodność cieplna
Stopy Si-Sn mają najniższą przewodność (3 W/mK) ze wszystkich stopów masowych spośród Si-Ge, Ge-Sn i Si-Ge-Sn; mniej niż połowa Si-Ge, który był szeroko badany, co przypisuje się większej różnicy masy między dwoma składnikami. Ponadto cienkie warstwy zapewniają dodatkowe zmniejszenie przewodności cieplnej , osiągając około 1 W/mK w warstwach Si-Sn, Ge-Sn i trójskładnikowych Si-Ge-Sn o grubości 20 nm, co jest zbliżone do przewodnictwa amorficznego SiO 2 . Stopy grupy IV zawierające Sn mają potencjał do wysokowydajnej konwersji energii termoelektrycznej .