IV-IV-Verbindungshalbleiter

Als IV-IV-Verbindungshalbleiter werden Halbleiter bezeichnet, die aus verschiedenen Elementen der 4. Hauptgruppe (Kohlenstoffgruppe) des Periodensystems bestehen. IV-IV-Halbleiter werden in der Halbleitertechnik eingesetzt.

Die 4. Hauptgruppe des Periodensystems enthält das Nichtmetall Kohlenstoff (C), die beiden Halbmetalle Germanium (Ge) und Silicium (Si), die Metalle Zinn (Sn), Blei (Pb) sowie das künstliche, instabile Flerovium (Fl). Die Halbmetalle Germanium und besonders Silicium sind die Materialien typischer „Halbleiter“.

In der Halbleitertechnik ist der Verbindungshalbleiter Siliciumcarbid (SiC) aufgrund seiner Bandlücke von 3,03 eV interessant. Mit diesem Material gelang es, die ersten blauen Leuchtdioden (LED) herzustellen. Photodioden aus SiC sind empfindlich für Ultraviolettstrahlung mit einem Empfindlichkeits-Maximum bei etwa 300 nm. SiC-Halbleiter haben eine gute Wärme-Leitfähigkeit und können bei Temperaturen >500 °C betrieben werden, was z. B. für Anwendungen in der Automobilindustrie wichtig ist. In Verbindung mit der Unempfindlichkeit für Ionisierende Strahlung ist das Material auch für die Verwendung in der Luft- und Raumfahrt geeignet.^[1]

Fügt man zu dem Verbindungshalbleiter aus den drei Elementen Silicium, Germanium und Zinn noch Kohlenstoff hinzu, erhält man den vielversprechenden Verbindungshalbleiter CSiGeSn aus vier Elementen der IV. Hauptgruppe, bei dem die Bandlücke eingestellt werden kann.^[2][3]

IV-IV-Verbindungshalbleiter-Einkristalle können z. B. entweder mit einem Sublimationsverfahren (SiC) oder durch epitaktisches Wachstum auf Substrat-Wafern z. B. aus 100-Silicium (CSiGeSn) hergestellt werden.^[4][3]

• Halbleiter mit breitem Bandabstand

1. ↑ Philip G. Neudeck et al.: 6H-SiC Transistor Integrated Circuits Demonstrating Prolonged Operation at 500°C. (PDF) In: NASA. NASA GRC, 2008, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 21. Oktober 2020; abgerufen am 18. Juli 2025 (englisch). 
2. ↑ Iris Stroh: CMOS-kompatibler Super-Halbleiter aus vier Elementen. Elektroniknet.de, 16. Juli 2025, abgerufen am 18. Juli 2025. 
3. ↑ ^{a b} Omar Concepción et al.: Adaptive Epitaxy of C-Si-Ge-Sn: Customizable Bulk and Quantum Structures. In: Advanced Materials. Wiley, 11. Juni 2025, abgerufen am 18. Juli 2025 (englisch). 
4. ↑ History and Current Status of Silicon Carbide Research. Purdue WBG, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 19. Juli 2010; abgerufen am 18. Juli 2025 (englisch).