Konkurrenz für Graphen

Halbleitende Schichtmaterialien aus Phosphor und Arsen als Alternative zu Silizium

Chemiker der Technischen Universität München (TUM) entwickelten ein Halbleiter-Material, bei dem einzelne Phosphor-Atome durch Arsen ersetzt sind. Das Produkt erweist sich als Konkurrenz zu Graphen und hat das Potential, halbleitende Schichtmaterialien aus Silizium zu ersetzen. Im Rahmen einer internationalen Kooperation bauten sie daraus zusammen mit amerikanischen Kollegen erstmals Feldeffekt-Transistoren.


Seit vielen Jahrzehnten ist Silizium die Basis der modernen Elektronik. Doch seine Miniaturisierung stößt an ihre physikalische Grenze; darüber hinaus ist Silizium hart und spröde, doch der Markt tendiert zu flexiblen Geräten. Dies hat einen Wettlauf um neue Materialien ausgelöst, die Silizium eines Tages ersetzen könnten. Ein solches Material könnte Arsen enthaltender schwarzer Phosphor sein. Wie das Graphen, das aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen besteht, bildet es dünnste Schichten. Die Bandbreite seiner Anwendungen reicht von Transitoren, über Sensoren bis hin zu mechanisch-flexiblen Halbleiter-Bauteilen. Anders als beim Graphen, dessen elektronisches Verhalten dem von Metallen ähnelt, verhält es sich wie ein Halbleiter.


Über den Arsengehalt kann die Lücke zwischen Valenz- und Leitungsband präzise eingestellt werden. Bei einem Arsengehalt von 83 Prozent hat das Material eine Bandlücke von nur noch 0,15 Elektronenvolt. Aus einem solchen Material können Sensoren aufgebaut werden, die Wellenlängen im langwelligen Infrarot detektieren. In diesem Bereich arbeiten beispielsweise LiDAR-Sensoren (Light Detection and Ranging). Sie werden unter anderem in Autos als Abstandssensoren eingesetzt. Eine andere Anwendung ist die Messung von Staubteilchen und Spurengasen in der Umweltmesstechnik.


Bild + Quelle: TU München – Kristalle aus halbleitendem schwarzem Arsen-Phosphor (Foto: Andreas Battenberg/TU München)




21.07.2015
KK


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