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Articulo de referencia

Silicio-estaño

The view of the SiSn lattice as seen from the direction. Silicon atoms further from the cross-section are displayed using a lighter shade of blue. The red atom is the Sn atom oc...

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El silicio-estaño o SiSn es, en general, un término utilizado para una aleación de la forma Si (1-x) Sn x . La proporción molecular de estaño en el silicio puede variar según los métodos de fabricación o las condiciones de dopaje. En general, se sabe que el SiSn es intrínsecamente semiconductor, [ 1 ] e incluso pequeñas cantidades de dopaje con Sn en el silicio pueden utilizarse para generar tensión en la red cristalina del silicio y alterar las propiedades de transporte de carga. [ 2 ]

Estudios teóricos

Diversos trabajos teóricos han demostrado que el SiSn es semiconductor. [ 3 ] [ 4 ] Estos incluyen principalmente estudios basados ​​en DFT . Las estructuras de bandas obtenidas mediante estos trabajos muestran un cambio en la brecha de banda del silicio con la inclusión de estaño en la red de silicio. Por lo tanto, al igual que el SiGe, el SiSn tiene una brecha de banda variable que puede controlarse utilizando la concentración de Sn como variable. En 2015, Hussain et al. verificaron experimentalmente el ajuste de la brecha de banda asociada con la difusión de estaño utilizando diodos de unión pn abrupta homogénea. [ 5 ]

Producción

El SiSn se puede obtener experimentalmente mediante varios métodos. Para pequeñas cantidades de Sn en silicio, el proceso Czochralski es bien conocido. [ 6 ] [ 7 ] La difusión de estaño en silicio también se ha intentado ampliamente en el pasado. [ 8 ] [ 9 ] El Sn tiene la misma valencia y electronegatividad que el silicio y se puede encontrar en la estructura cristalina cúbica de diamante (α-Sn). Por lo tanto, el silicio y el estaño cumplen tres de las cuatro reglas de Hume-Rothery para la solubilidad en estado sólido . El único criterio que no se cumple es el de la diferencia en el tamaño atómico. El átomo de estaño es sustancialmente más grande que el átomo de silicio (31,8%). Esto reduce la solubilidad en estado sólido del estaño en silicio. [ 10 ]

Rendimiento eléctrico

El primer MOSFET ( transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor ) que utiliza SiSn como material de canal se mostró en 2013. [ 11 ] Este estudio demostró que el SiSn puede utilizarse como semiconductor para la fabricación de MOSFET, y que puede haber ciertas aplicaciones donde el uso de SiSn en lugar de silicio puede ser más ventajoso. En particular, la corriente de apagado de los transistores de SiSn es mucho menor que la de los transistores de silicio. [ 12 ] [ 13 ] Por lo tanto, los circuitos lógicos basados ​​en MOSFET de SiSn consumen menos potencia estática en comparación con los circuitos basados ​​en silicio. Esto es ventajoso en dispositivos alimentados por batería (dispositivos LSTP), donde la potencia en espera debe reducirse para una mayor duración de la batería.

Conductividad térmica

Las aleaciones de Si-Sn tienen la conductividad más baja (3 W/mK) de todas las aleaciones masivas entre Si-Ge, Ge-Sn y Si-Ge-Sn; menos de la mitad que la de Si-Ge, que ha sido ampliamente estudiada, atribuida a la mayor diferencia de masa entre los dos constituyentes. [ 14 ] Además, las películas delgadas ofrecen una reducción adicional en la conductividad térmica , alcanzando alrededor de 1 W/mK en películas de Si-Sn, Ge-Sn y Si-Ge-Sn ternarias de 20 nm de espesor, que es cercana a la conductividad del SiO 2 amorfo . [ 14 ] Las aleaciones del grupo IV que contienen Sn tienen el potencial para la conversión de energía termoeléctrica de alta eficiencia . [ 14 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Jensen, Rasmus VS; Pedersen, Thomas G; Larsen, Arne N (31 de agosto de 2011). "Propiedades electrónicas y ópticas de cuasipartículas del sistema Si–Sn". Journal of Physics: Condensed Matter . 23 (34) 345501. Bibcode : 2011JPCM...23H5501J . doi : 10.1088/0953-8984/23/34/345501 . PMID 21841232 . S2CID 36811872 .  
  2. ↑ Simoen, E.; Claeys, C. (2000). "Efectos del dopaje con estaño en el silicio". Electrochem. Soc. Proc . 2000– 17: 223.
  3. ↑ Amrane, Na.; Ait Abderrahmane, S.; Aourag, H. (agosto de 1995). "Cálculo de la estructura de bandas de GeSn y SiSn". Infrared Physics & Technology . 36 (5): 843– 848. Bibcode : 1995InPhT..36..843A . doi : 10.1016/1350-4495(95)00019-U .
  4. ^ Zaoui, A.; Ferhat, M.; Certier, M.; Khelifa, B.; Aourag, H. (junio de 1996). "Propiedades ópticas de SiSn y GeSn". Física y tecnología de infrarrojos . 37 (4): 483– 488. Bibcode : 1996InPhT..37..483Z . doi : 10.1016/1350-4495(95)00116-6 .
  5. ↑ Hussain, Aftab M.; Wehbe, Nimer; Hussain, Muhammad M. (24 de agosto de 2015). "Diodos de SiSn: análisis teórico y verificación experimental" (PDF) . Applied Physics Letters . 107 (8): 082111. Bibcode : 2015ApPhL.107h2111H . doi : 10.1063/1.4929801 . hdl : 10754/576462 .
  6. ↑ Claeys, C.; Simoen, E.; Neimash, VB; Kraitchinskii, A.; Kras'ko, M.; Puzenko, O.; Blondeel, A.; Clauws, P. (2001). "Dopaje de silicio con estaño para controlar la precipitación de oxígeno y la dureza a la radiación". Journal of the Electrochemical Society . 148 (12): G738. Bibcode : 2001JElS..148G.738C . doi : 10.1149/1.1417558 .
  7. ↑ Chroneos, A.; Londos, CA; Sgourou, EN (2011). "Efecto del dopaje con estaño en los defectos relacionados con el oxígeno y el carbono en el silicio Czochralski" (PDF) . Journal of Applied Physics . 110 (9): 093507–093507–8. Bibcode : 2011JAP...110i3507C . doi : 10.1063/1.3658261 .
  8. ↑ Kringhøj, Per; Larsen, Arne (septiembre de 1997). "Difusión anómala de estaño en silicio". Physical Review B. 56 ( 11): 6396– 6399. Bibcode : 1997PhRvB..56.6396K . doi : 10.1103/PhysRevB.56.6396 .
  9. ↑ Yeh, TH (1968). "Difusión de estaño en silicio". Journal of Applied Physics . 39 (9): 4266– 4271. Bibcode : 1968JAP....39.4266Y . doi : 10.1063/1.1656959 .
  10. ^ Akasaka, Youichi; Horie, Kazuo; Nakamura, Genshiro; Tsukamoto, Katsuhiro; Yukimoto, Yoshinori (octubre de 1974). "Estudio de la difusión del estaño en silicio mediante análisis de retrodispersión". Revista Japonesa de Física Aplicada . 13 (10): 1533–1540 . Bibcode : 1974JaJAP..13.1533A . doi : 10.1143/JJAP.13.1533 . S2CID 121383273 . 
  11. ↑ Hussain, Aftab M.; Fahad, Hossain M.; Singh, Nirpendra; Sevilla, Galo A. Torres; Schwingenschlögl, Udo; Hussain, Muhammad M. (2013). "Explorando SiSn como material de canal para aplicaciones de dispositivos LSTP". 71.ª Conferencia de Investigación de Dispositivos . págs. 93–94 . doi : 10.1109/DRC.2013.6633809 . ISBN  978-1-4799-0814-1. S2CID 42075329 . 
  12. ↑ Hussain, Aftab M.; Fahad, Hossain M.; Singh, Nirpendra; Sevilla, Galo A. Torres; Schwingenschlögl, Udo; Hussain, Muhammad M. (13 de enero de 2014). "Estaño: ¿un aliado improbable para los transistores de efecto de campo de silicio?". Physica Status Solidi RRL . 8 (4): 332– 335. Bibcode : 2014PSSRR...8..332H . doi : 10.1002/pssr.201308300 . S2CID 93729786 . 
  13. ↑ Hussain, Aftab M.; Fahad, Hossain M.; Singh, Nirpendra; Sevilla, Galo A. Torres; Schwingenschlögl, Udo; Hussain, Muhammad M. (2013). "Estaño (Sn) para mejorar el rendimiento en CMOS de silicio". 2013 IEEE 8th Nanotechnology Materials and Devices Conference (NMDC) . pp. 13–15 . doi : 10.1109/NMDC.2013.6707470 . ISBN  978-1-4799-3387-7. S2CID 21059449 . 
  14. 1 2 3 Khatami, SN (2016). "Conductividad térmica reticular de las aleaciones binarias y ternarias del grupo IV Si-Sn, Ge-Sn y Si-Ge-Sn". Physical Review Applied . 6 (1) 014015. Bibcode : 2016PhRvP...6a4015K . doi : 10.1103/physrevapplied.6.014015 .