Наиболее распространенная форма кремния кристаллизуется с той же структурой, что и алмаз. Но другие формы могут быть созданы с использованием других методов обработки.
Новая работа, проведенная Тимом Стробелем из Карнеги и опубликованная в Physical Review Letters, показывает, что одна из форм кремния, называемая Si-III (или иногда BC8), которая синтезируется с использованием процесса высокого давления, является так называемым полупроводником с узкой запрещенной зоной.Что это значит и почему это важно?Металлы — это соединения, которые способны проводить поток электронов, составляющий электрический ток, а изоляторы — это соединения, которые вообще не проводят ток.
Полупроводники, которые широко используются в электронных схемах, могут включать и выключать электрическую проводимость — очевидно, полезная возможность. Эта способность переключать проводимость возможна, потому что некоторые из их электронов могут переходить из изолирующих состояний с более низкой энергией в состояния проводимости с более высокой энергией при воздействии энергии.
Энергия, необходимая для инициирования этого скачка, называется запрещенной зоной.Алмазоподобная форма кремния является полупроводником, а другие известные формы — металлами, но истинные свойства Si-III до сих пор оставались неизвестными. Предыдущие экспериментальные и теоретические исследования показали, что Si-III был плохо проводящим металлом без запрещенной зоны, но ни одна исследовательская группа не смогла получить чистый и достаточно большой образец, чтобы быть уверенным.Синтезируя чистые объемные образцы Si-III, Стробель и его команда смогли определить, что Si-III на самом деле является полупроводником с чрезвычайно узкой запрещенной зоной, уже, чем ширина запрещенной зоны алмазоподобных кристаллов кремния, которая является наиболее -Обычно используемый вид.
Это означает, что Si-III может найти применение за пределами уже полного списка приложений, для которых кремний в настоящее время используется. Благодаря наличию чистых образцов команда впервые смогла полностью охарактеризовать электронные, оптические и теплопередающие свойства Si-III.
«Исторически сложилось так, что правильное признание германия полупроводником, а не металлом, который когда-то считался широко распространенным, действительно помогло начать эру современных полупроводников; аналогично, открытие полупроводниковых свойств Si-III могло бы привести к непредсказуемому технологическому прогрессу», — сказал он. — заметил ведущий автор книги Карнеги Хайдонг Чжан. «Например, оптические свойства Si-III в инфракрасной области особенно интересны для будущих плазмонных приложений».