Framtidens halvledarindustri hade höga förväntningar på det nya materialet silicen, som delar många likheter med "undermaterialet" grafen. Dock, forskare vid MESA+ Research Institute vid University of Twente - som nyligen lyckades filma bildandet av silicen direkt och i realtid - spränger bubblan hårt:deras forskning visar att silicen har suicidala tendenser. Forskningen har publicerats av den välrenommerade akademiska tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik .

Materialet silicen skapades första gången 2010. Precis som grafen, den består av ett enda lager av atomer arrangerade i ett bikakemönster. Grafen består av kolatomer, silicen av kiselatomer.

På grund av deras speciella egenskaper - båda materialen är mycket starka, tunn och flexibel och har god elektrisk ledningsförmåga - grafen och silicen verkar mycket väl lämpade för framtidens halvledarindustri. Trots allt, delarna på datorchips måste bli mindre och mindre och gränserna för miniatyrisering av delar gjorda av kisel närmar sig allt närmare. Materialet silicen verkar vara flera steg före grafen, eftersom halvledarindustrin har använt kisel (som, som silicen, består av kiselatomer) i många år nu. Dessutom, det är lättare att realisera ett så kallat bandgap i silicen, vilket är en förutsättning för en transistor.

Självmord

Forskare vid MESA+ Research Institute vid University of Twente har, för första gången, lyckades direkt och i realtid fånga bildandet av silicen på film. De låter förångade kiselatomer fällas ut på en yta av silver, så att en trevlig, nästan stängd, ett enda skikt av silicen bildades.

Än så länge är allt bra, men i det ögonblick som en viss mängd kiselatomer faller ovanpå det bildade silicenskiktet, en kiselkristall (kisel i en diamantkristallstruktur istället för i en bikakestruktur) bildas, vilket utlöser den ytterligare kristallisationen av materialet; en oåterkallelig process. Från det ögonblicket, det nybildade kislet äter upp silicenet, så att säga.

Videon ovan:Bildning av silen på en silveryta (grå, början av filmen). Ovanpå silvret, silikonöarna börjar gradvis bildas (svart, halvvägs genom filmen). När ytan är nästan helt täckt, dessa kollapsar till kiselkristaller igen (svarta prickar i grå områden, slutet av filmen).

Anledningen till detta är att den vanliga kristallstrukturen (diamant) hos kisel är energimässigt mer gynnsam än bikakestrukturen hos silicen och därför mer stabil. På grund av denna egendom, forskarna lyckades inte täcka mer än 97 procent av silverytan med silicen, inte heller kunde de skapa flerskiktad kisel. Med andra ord:i det ögonblick en yta nästan är helt täckt med silicen, materialet begår självmord och enkelt kisel bildas. Forskarna förväntar sig inte att det ska vara möjligt att skapa flerskiktad silicen på en annan typ av yta, eftersom ytans inverkan på bildandet av det andra skiktet av silicen är försumbar.