當你烤蛋糕時，你可以幾乎任何比例組合成分，它們?nèi)匀豢梢曰旌显谝黄稹＿@在材料化學(xué)方面稍微復(fù)雜一些。

通常，目的是通過添加一定比例的附加元素來改變材料的物理性質(zhì); 但是，并不總是可以將所需的量加入到材料的晶體結(jié)構(gòu)中。在TU Wien，已經(jīng)開發(fā)出一種新方法，使用該方法可以在鍺和所需的外來原子之間實現(xiàn)以前無法實現(xiàn)的混合物。這導(dǎo)致新材料具有顯著改變的性質(zhì)。

鍺晶體中的錫或鎵更多

“以有針對性的方式將外來原子結(jié)合到晶體中以改善其性能實際上是一種標準方法，”TU Wien材料化學(xué)研究所的Sven Barth說。我們的現(xiàn)代電子產(chǎn)品基于含有某些添加劑的半導(dǎo)體。其中摻入諸如磷或硼的外來原子的硅晶體是其中的一個例子。

半導(dǎo)體材料鍺也應(yīng)該從根本上改變其性能，并且當混合足夠量的錫時表現(xiàn)得像金屬 - 這是已知的; 然而，在實踐中，以前沒有達到。

人們當然可以嘗試簡單地熔化這兩種元素，將它們以液體形式徹底混合在一起，然后讓它們固化，就像數(shù)千年來所做的那樣，以生產(chǎn)簡單的金屬合金。“但在我們的例子中，這種簡單的熱力學(xué)方法失敗了，因為添加的原子不能有效地混合到晶體的晶格系統(tǒng)中，”Sven Barth解釋道。“溫度越高，原子在材料內(nèi)移動的越多。這可能導(dǎo)致這些外來原子在成功結(jié)合后從晶體中沉淀出來，在晶體內(nèi)留下極低濃度的這些原子。”

因此，Sven Barth的團隊開發(fā)了一種新方法，將特別快速的晶體生長與極低的工藝溫度聯(lián)系起來。在該過程中，隨著晶體生長，連續(xù)引入正確數(shù)量的外來原子。

晶體以納米級螺紋或棒的形式生長，特別是在比以前低得多的溫度下，在140-230℃的范圍內(nèi)。“結(jié)果，并入的原子移動性較差，擴散過程緩慢，大多數(shù)原子都停留在你想要的位置，”Barth解釋說。

使用這種方法，可以將高達28%的錫和3.5%的鎵摻入鍺中。通過這些材料的傳統(tǒng)熱力學(xué)組合，這比以前可能的要多得多 - 達到30到50倍。

激光器，LED，電子元件

這為微電子技術(shù)開辟了新的可能性：“鍺可以與現(xiàn)有的硅技術(shù)有效結(jié)合，而且如此高濃度的錫和/或鎵的添加在光電子方面提供了非常有趣的潛在應(yīng)用，”Sven Barth說。例如，這些材料將用于紅外激光器，光電探測器或紅外范圍內(nèi)的創(chuàng)新LED，因為這些添加劑會顯著改變鍺的物理性質(zhì)。