新纳米结构的硅锗半导体使先进制程工艺更易实现

最新一代计算机芯片的制程尺寸只有几纳米，并且由于逐步小型化而变得更加节能和强大。由于传统上用于芯片生产的蚀刻工艺越来越接近其极限，因此开发新型纳米结构半导体材料至关重要。

这种纳米半导体在将电转化为光（反之亦然）方面也发挥着核心作用。

图1：由法兰克福歌德大学的化学家首次合成的硅球 [ Cl@Si 20 H 20 ] -有望在半导体技术中获得新的应用。蓝色：硅，绿色：氯离子，灰色：氢

由马蒂亚斯·瓦格纳 (Matthias Wagner) 领导的法兰克福歌德大学的一个团队现已成功合成了由 20 个硅原子组成的分子纳米“球体”，即所谓的硅富勒烷。

第二类新材料是由 10 个具有类金刚石结构的硅和锗原子组成的晶体构建块。Stefan Grimme 位于波恩的研究小组的基于计算机的理论分析提供了对新化合物电子结构的决定性见解。

硅富勒烷的 20 个硅原子形成一个十二面体，一个由规则五边形组成的体。它封装了一个氯离子。一个氢原子在主体的每个硅角处向外突出。

合成该分子的博士生 Marcel Bamberg 解释说：“我们的硅富勒烷是这类新物质的前身。氢原子很容易被官能团取代，从而赋予硅富勒烷不同的特性。” 波恩量子化学家 Markus Bursch 补充说：“我们支持有针对性地生成潜在有用的特性，并对其产生的影响进行理论预测。”

图2：硅锗金刚烷的构建块：在法兰克福合成的硅锗金刚烷的一部分（此处显示无取代基）。蓝色：硅，红色：锗

Benedikt Köstler 正在开发这些化合物作为他博士论文的一部分，他说：“最近的研究表明，硅锗金刚烷在重要应用领域优于纯硅半导体。然而，这种金刚烷的生产非常困难，而且你经常得到不同成分的混合物。我们已经成功地为硅锗金刚烷的基本构建块开发了一条简单的合成路径。因此，我们的硅锗金刚烷能够在分子上研究硅锗金刚烷的重要化学和物理特性。模型。我们还希望在未来使用它来生产具有完美晶体结构的硅锗金刚烷。”

碳在化学上与元素硅和锗非常相似，以与两类新物质相当的形式出现：碳原子的空心球体（“富勒烯”）对应于硅富勒烷，由碳组成的钻石由金刚烷亚单元组成.

除其他外，富勒烯可提高有机太阳能电池的效率，使电动汽车的电池更安全，并有望在高温超导方面取得进展。纳米金刚石还具有广泛的应用，从药物到催化研究。

在此背景下，法兰克福和波恩的研究人员很高兴看到他们的硅富勒烷和硅锗金刚烷将在哪些领域建立起来。

马蒂亚斯·瓦格纳 (Matthias Wagner) 说：“使用纳米结构的硅和锗以量子点的形式产生可见光谱的所有颜色的光已经成为可能，并且正在对计算机和手机显示器以及电信进行测试。除了从化学技术潜力来看，我个人对我们化合物的高度对称性非常着迷：例如，我们的硅富勒烷是五种柏拉图固体之一，具有永恒的美感。”