سیلیکون-قلع

سیلیکون قلع
سیلیکون قلع
	; نمای شبکه سیلیکون-قلع همان‌طور که از جهت <۱۰۰> دیده می‌شود. اتم‌های سیلیکون دورتر از سطح مقطع با استفاده از سایه روشن‌تری از آبی نمایش داده می‌شوند. اتم قرمز اتم قلع است که یک نقطه شبکه سیلیکونی را اشغال می‌کند.
نوع	آلیاژی

سیلیکون-قلع (به انگلیسی: Silicon-tin) یا SiSn، به‌طور کلی اصطلاحی است که برای آلیاژی به شکل Si_(1-x)Sn_x استفاده می‌شود. نسبت مولکولی قلع در سیلیکون می‌تواند بر اساس روش‌های ساخت یا شرایط آلایش متفاوت باشد. به‌طور کلی، SiSn ذاتاً نیم‌رسانا است^[۱] و حتی مقادیر کمی از آلایش Sn در سیلیکون نیز می‌تواند برای ایجاد کرنش در شبکه سیلیکونی و تغییر خواص انتقال بار استفاده شود.^[۲]

مطالعات نظری[ویرایش]

چندین کار نظری نشان داده‌اند که SiSn نیم‌رسانا است.^[۳]^[۴] اینها عمدتاً شامل مطالعات مبتنی‌بر دی‌اف‌تی هستند. ساختارهای نواری به‌دست‌آمده با استفاده از این آثار، تغییر در شکاف باند سیلیکون با گنجاندن قلع به شبکه سیلیکونی را نشان می‌دهند؛ بنابراین، مانند ژرمانیوم‌سیلیکون، سیلیکون-قلع دارای یک شکاف باند متغیر است که می‌تواند با استفاده از غلظت Sn به‌عنوان یک متغیر کنترل شود. در سال ۲۰۱۵، حسین و همکاران. به‌طور تجربی تنظیم شکاف باند مرتبط با پخش قلع را با استفاده از دیودهای پیوندی p-n همگن و تیز تأیید کرد.^[۵]

تولید[ویرایش]

سیلیکون‌قلع را می‌توان به صورت تجربی با استفاده از چندین روش به دست آورد. برای مقدار کمی از قلع در سیلیکون، فرایند چُکرالِسکی به خوبی شناخته شده است.^[۶]^[۷] نفوذ قلع به سیلیکون نیز در گذشته به‌طور گسترده آزمایش شده است.^[۸]^[۹] قلع ظرفیت و الکترونگاتیوی مشابهی با سیلیکون دارد و می‌توان آن را در ساختار بلوری مکعبی الماسی (α-Sn) یافت؛ بنابراین، سیلیکون و قلع با سه قانون از چهار قانون هیوم-روتری برای حل‌پذیری حالت جامد مطابقت دارند. تنها معیاری که رعایت نمی‌شود، تفاوت در اندازه اتمی است. اتم قلع به‌طور قابل‌توجهی بزرگتر از اتم سیلیکون است (۳۱٫۸٪). این امر حل‌پذیری حالت جامد قلع در سیلیکون را کاهش می‌دهد.^[۱۰]

عملکرد الکتریکی[ویرایش]

اولین ماسفت (ترانزیستور اثر میدانی فلز-اکسید-نیم‌رسانا) با استفاده از سیلیکون‌قلع به عنوان یک ماده کانال در سال ۲۰۱۳ نشان داده شد^[۱۱] این مطالعه ثابت کرد که سیلیکون-قلع می‌تواند به عنوان نیم‌رسانا برای ساخت ماسفت استفاده شود و ممکن است کاربردهای ویژه‌ای وجود داشته باشد که استفاده از سیلیکون-قلع به جای سیلیکون ممکن است سودمندتر باشد. به‌طور خاص، جریان خاموشی ترانزیستورهای سیلیکون-قلع بسیار کمتر از ترانزیستورهای سیلیکونی است.^[۱۲]^[۱۳] بنابراین، مدارهای منطقی مبتنی‌بر ماسفت‌های سیلیکون-قلع در مقایسه با مدارهای مبتنی‌بر سیلیکون، توان استاتیکی کمتری مصرف می‌کنند. این در افزاره‌های با باتری (افزاره‌های LSTP)، که در آن‌ها برای عمر باتری طولانی‌تر باید توان آماده‌به‌کار کاهش یابد، سودمند است.

رسانندگی گرمایی[ویرایش]

آلیاژهای سیلیکون-قلع کمترین رسانندگی (۳ W/mK) را در بین همه آلیاژهای حجمی درمیان سیلیکون-ژرمانیوم، ژرمانیوم-قلع و سیلیکون-ژرمانیوم-قلع دارند. کمتر از نیمی از سیلیکون-ژرمانیوم که به‌طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است، به تفاوت جرم بیشتر بین دو جزءتشکیل‌دهنده نسبت داده می‌شود.^[۱۴] علاوه بر این، لایه‌های نازک کاهش بیشتری در رسانندگی گرمایی ارائه می‌دهند که به حدود W/mK ۱ در لایه‌های سیلیکون-قلع، ژرمانیوم-قلع و سه‌تایی سیلیکون-ژرمانیوم-قلع با ضخامت ۲۰ نانومتر می‌رسد که نزدیک به رسانندگی ید سیلیکون اَریخت است.^[۱۴] آلیاژهای گروه IV دربردارندهٔ قلع دارای پتانسیل تبدیل انرژی ترموالکتریک با بازدهی-بالا هستند.^[۱۴]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

↑ Jensen, Rasmus V S; Pedersen, Thomas G; Larsen, Arne N (31 August 2011). "Quasiparticle electronic and optical properties of the Si–Sn system". Journal of Physics: Condensed Matter. 23 (34): 345501. Bibcode:2011JPCM...23H5501J. doi:10.1088/0953-8984/23/34/345501. PMID 21841232.
↑ Simoen, E.; Claeys, C. (2000). "Tin Doping Effects in Silicon". Electrochem. Soc. Proc. 2000–17: 223.
↑ Amrane, Na.; Ait Abderrahmane, S.; Aourag, H. (August 1995). "Band structure calculation of GeSn and SiSn". Infrared Physics & Technology. 36 (5): 843–848. Bibcode:1995InPhT..36..843A. doi:10.1016/1350-4495(95)00019-U.
↑ Zaoui, A.; Ferhat, M.; Certier, M.; Khelifa, B.; Aourag, H. (June 1996). "Optical properties of SiSn and GeSn". Infrared Physics & Technology. 37 (4): 483–488. Bibcode:1996InPhT..37..483Z. doi:10.1016/1350-4495(95)00116-6.
↑ Hussain, Aftab M.; Wehbe, Nimer; Hussain, Muhammad M. (24 August 2015). "SiSn diodes: Theoretical analysis and experimental verification" (PDF). Applied Physics Letters. 107 (8): 082111. Bibcode:2015ApPhL.107h2111H. doi:10.1063/1.4929801. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)
↑ Claeys, C.; Simoen, E.; Neimash, V. B.; Kraitchinskii, A.; Kras’ko, M.; Puzenko, O.; Blondeel, A.; Clauws, P. (2001). "Tin Doping of Silicon for Controlling Oxygen Precipitation and Radiation Hardness". Journal of the Electrochemical Society. 148 (12): G738. Bibcode:2001JElS..148G.738C. doi:10.1149/1.1417558.
↑ Chroneos, A.; Londos, C. A.; Sgourou, E. N. (2011). "Effect of tin doping on oxygen- and carbon-related defects in Czochralski silicon" (PDF). Journal of Applied Physics. 110 (9): 093507–093507–8. Bibcode:2011JAP...110i3507C. doi:10.1063/1.3658261.
↑ Kringhøj, Per; Larsen, Arne (September 1997). "Anomalous diffusion of tin in silicon". Physical Review B. 56 (11): 6396–6399. Bibcode:1997PhRvB..56.6396K. doi:10.1103/PhysRevB.56.6396.
↑ Yeh, T. H. (1968). "Diffusion of Tin into Silicon". Journal of Applied Physics. 39 (9): 4266–4271. Bibcode:1968JAP....39.4266Y. doi:10.1063/1.1656959.
↑ Akasaka, Youichi; Horie, Kazuo; Nakamura, Genshiro; Tsukamoto, Katsuhiro; Yukimoto, Yoshinori (October 1974). "Study of Tin Diffusion into Silicon by Backscattering Analysis". Japanese Journal of Applied Physics. 13 (10): 1533–1540. Bibcode:1974JaJAP..13.1533A. doi:10.1143/JJAP.13.1533.
↑ Hussain, Aftab M.; Fahad, Hossain M.; Singh, Nirpendra; Sevilla, Galo A. Torres; Schwingenschlögl, Udo; Hussain, Muhammad M. (2013). "Exploring SiSn as channel material for LSTP device applications". 71st Device Research Conference. pp. 93–94. doi:10.1109/DRC.2013.6633809. ISBN 978-1-4799-0814-1. S2CID 42075329.
↑ Hussain, Aftab M.; Fahad, Hossain M.; Singh, Nirpendra; Sevilla, Galo A. Torres; Schwingenschlögl, Udo; Hussain, Muhammad M. (13 January 2014). "Tin - an unlikely ally for silicon field effect transistors?". Physica Status Solidi RRL. 8 (4): 332–335. Bibcode:2014PSSRR...8..332H. doi:10.1002/pssr.201308300.
↑ Hussain, Aftab M.; Fahad, Hossain M.; Singh, Nirpendra; Sevilla, Galo A. Torres; Schwingenschlögl, Udo; Hussain, Muhammad M. (2013). "Tin (Sn) for enhancing performance in silicon CMOS". 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.
↑ ^۱۴٫۰ ^۱۴٫۱ ^۱۴٫۲ Khatami, S. N. (2016). "Lattice Thermal Conductivity of the Binary and Ternary Group-IV Alloys Si-Sn, Ge-Sn, and Si-Ge-Sn". Physical Review Applied. 6 (1): 014015. Bibcode:2016PhRvP...6a4015K. doi:10.1103/physrevapplied.6.014015.

[1] Jensen, Rasmus V S; Pedersen, Thomas G; Larsen, Arne N (31 August 2011). "Quasiparticle electronic and optical properties of the Si–Sn system". Journal of Physics: Condensed Matter. 23 (34): 345501. Bibcode:2011JPCM...23H5501J. doi:10.1088/0953-8984/23/34/345501. PMID 21841232.

[2] Simoen, E.; Claeys, C. (2000). "Tin Doping Effects in Silicon". Electrochem. Soc. Proc. 2000–17: 223.

[3] Amrane, Na.; Ait Abderrahmane, S.; Aourag, H. (August 1995). "Band structure calculation of GeSn and 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. (June 1996). "Optical properties of SiSn and GeSn". Infrared Physics & Technology. 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 August 2015). "SiSn diodes: Theoretical analysis and experimental verification" (PDF). Applied Physics Letters. 107 (8): 082111. Bibcode:2015ApPhL.107h2111H. doi:10.1063/1.4929801. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (help)

[6] Claeys, C.; Simoen, E.; Neimash, V. B.; Kraitchinskii, A.; Kras’ko, M.; Puzenko, O.; Blondeel, A.; Clauws, P. (2001). "Tin Doping of Silicon for Controlling Oxygen Precipitation and Radiation Hardness". Journal of the Electrochemical Society. 148 (12): G738. Bibcode:2001JElS..148G.738C. doi:10.1149/1.1417558.

[7] Chroneos, A.; Londos, C. A.; Sgourou, E. N. (2011). "Effect of tin doping on oxygen- and carbon-related defects in Czochralski silicon" (PDF). Journal of Applied Physics. 110 (9): 093507–093507–8. Bibcode:2011JAP...110i3507C. doi:10.1063/1.3658261.

[8] Kringhøj, Per; Larsen, Arne (September 1997). "Anomalous diffusion of tin in silicon". Physical Review B. 56 (11): 6396–6399. Bibcode:1997PhRvB..56.6396K. doi:10.1103/PhysRevB.56.6396.

[9] Yeh, T. H. (1968). "Diffusion of Tin into Silicon". 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 (October 1974). "Study of Tin Diffusion into Silicon by Backscattering Analysis". Japanese Journal of Applied Physics. 13 (10): 1533–1540. Bibcode:1974JaJAP..13.1533A. doi:10.1143/JJAP.13.1533.

[11] Hussain, Aftab M.; Fahad, Hossain M.; Singh, Nirpendra; Sevilla, Galo A. Torres; Schwingenschlögl, Udo; Hussain, Muhammad M. (2013). "Exploring SiSn as channel material for LSTP device applications". 71st Device Research Conference. pp. 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 January 2014). "Tin - an unlikely ally for silicon field effect transistors?". Physica Status Solidi RRL. 8 (4): 332–335. Bibcode:2014PSSRR...8..332H. doi:10.1002/pssr.201308300.

[13] Hussain, Aftab M.; Fahad, Hossain M.; Singh, Nirpendra; Sevilla, Galo A. Torres; Schwingenschlögl, Udo; Hussain, Muhammad M. (2013). "Tin (Sn) for enhancing performance in silicon CMOS". 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.

[Khatami2016-14] ۱۴٫۰ ^۱۴٫۱ ^۱۴٫۲ Khatami, S. N. (2016). "Lattice Thermal Conductivity of the Binary and Ternary Group-IV Alloys Si-Sn, Ge-Sn, and Si-Ge-Sn". Physical Review Applied. 6 (1): 014015. Bibcode:2016PhRvP...6a4015K. doi:10.1103/physrevapplied.6.014015.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]

[۱۱]

[۱۲]

[۱۳]

[۱۴]