Estanho-silício - Silicon-tin
| Estanho-silício | |
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 A vista da rede SiSn vista da direção <100>. Os átomos de silício mais distantes da seção transversal são exibidos em um tom mais claro de azul. O átomo vermelho é o átomo Sn que ocupa um ponto da rede de silício.
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| Modelo | Liga |
Silício-estanho ou SiSn , é em geral um termo usado para uma liga da forma Si (1-x) Sn x . A proporção molecular de estanho no silício pode variar com base nos métodos de fabricação ou nas condições de dopagem. Em geral, SiSn é conhecido por ser intrinsecamente semicondutor, e mesmo pequenas quantidades de dopagem de Sn em silício também podem ser usadas para criar tensão na rede de silício e alterar as propriedades de transporte de carga.
Estudos teóricos
Vários trabalhos teóricos mostraram que o SiSn é semicondutor. Estes incluem principalmente estudos baseados em DFT . As estruturas de bandas obtidas com esses trabalhos mostram uma mudança no gap de silício com a inclusão de estanho na rede de silício. Assim, como o SiGe, o SiSn tem um gap variável que pode ser controlado usando a concentração de Sn como variável. Em 2015, Hussain et al. verificou experimentalmente o ajuste do band gap associado à difusão de estanho usando diodos de junção pn abrupta e homogêneos.
Produção
O SiSn pode ser obtido experimentalmente usando várias abordagens. Para pequenas quantidades de Sn no silício, o processo de Czochralski é bem conhecido. A difusão de estanho em silício também foi tentada extensivamente no passado. Sn tem a mesma valência e eletronegatividade que o silício e pode ser encontrado na estrutura de cristal cúbico do diamante (α-Sn). Assim, o silício e o estanho atendem a três das quatro regras de Hume-Rothery para solubilidade no estado sólido . O único critério que não é atendido é o da diferença no tamanho atômico. O átomo de estanho é substancialmente maior do que o átomo de silício (31,8%). Isso reduz a solubilidade no estado sólido do estanho no silício.
Desempenho elétrico
O primeiro MOSFET (transistor de efeito de campo de óxido de metal-semicondutor) usando SiSn como um material de canal foi mostrado em 2013. Este estudo provou que SiSn pode ser usado como semicondutor para fabricação de MOSFET, e que pode haver certas aplicações onde o uso de SiSn em vez de silício pode ser mais vantajoso. Em particular, a corrente de desligamento dos transistores SiSn é muito menor do que a dos transistores de silício. Assim, os circuitos lógicos baseados em MOSFETs SiSn consomem menos energia estática em comparação com os circuitos baseados em silício. Isso é vantajoso em dispositivos operados por bateria (dispositivos LSTP), onde a energia em espera deve ser reduzida para prolongar a vida útil da bateria.
Condutividade térmica
As ligas de Si-Sn têm a condutividade mais baixa (3 W / mK) de todas as ligas em massa entre Si-Ge, Ge-Sn e Si-Ge-Sn; menos da metade do Si-Ge, que foi amplamente estudado, atribuído à maior diferença de massa entre os dois constituintes. Além disso, os filmes finos oferecem uma redução adicional na condutividade térmica , atingindo cerca de 1 W / mK em filmes de Si-Sn, Ge-Sn e Si-Ge-Sn ternários de 20 nm de espessura, que está perto da condutividade do SiO amorfo 2 . Ligas do Grupo IV contendo Sn têm potencial para conversão de energia termoelétrica de alta eficiência .