Учёные разработали технологию выращивания полупроводниковых монокристаллов при температуре свыше 2200°C

Слева направо: схематическая диаграмма новой технологии выращивания кристаллов с использованием вольфрамового тигля и дезоксигенированного изолятора, и пример новых монокристаллов. Автор: Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-12535-0

Монокристаллы, используемые сегодня в полупроводниках, электронных и оптических устройствах, не выдерживают экстремальных температур. Это связано с тем, что материалы, обычно применяемые для их создания — такие как иридий и платина — имеют температуру плавления ниже 2200°C. Создание монокристаллов, способных выдерживать такие экстремальные температуры, до сих пор оставалось нерешённой задачей.

Доцент Юи Йокота и профессор Акира Йошикава из Института исследований материалов Университета Тохоку разработали новую технологию выращивания кристаллов с использованием вольфрамового (W) тигля, который можно применять при температурах свыше 2200°C.

Эта технология выращивания кристаллов, как ожидается, внесёт значительный вклад в открытие новых материалов и массовое производство оксидных монокристаллов с более высокой температурой плавления.

Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

«Причина, по которой вольфрам не был успешным до сих пор, заключается в его склонности реагировать с оксидными материалами, — объясняет Йокота. — Он также может смешиваться с кристаллом, что загрязняет конечный продукт».

Команда исследователей разработала новую технологию выращивания кристаллов, которая подавляет нежелательные реакции и загрязнение. Их исследование чётко определило механизм этих процессов, чтобы должным образом остановить их.

В результате им уже удалось разработать высокоплотные монокристаллы, превосходящие существующие сцинтилляторы. Это открытие имеет значительное практическое влияние и может напрямую улучшить жизни людей по всему миру. Например, эти кристаллы можно применять в ПЭТ-устройствах для обнаружения рака на ранней стадии за более короткое время.

Температуры плавления и ширины запрещённых зон существующих оксидных, фторидных и галогенидных сцинтилляторных монокристаллов. Показаны области, где выращивание кристаллов возможно с использованием тиглей из Ir, Pt-Rh и Pt. Автор: Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-12535-0

«Это захватывающие результаты, потому что это означает, что мы можем создавать множество новых материалов для широкого спектра применений», — говорит Йошикава.

Ожидается, что это исследование поможет ускорить разработку новых функциональных монокристаллов, работающих при температуре выше 2200°C для полупроводников, оптических материалов, сцинтилляторов и пьезоэлектрических материалов. Метод массового производства в настоящее время разрабатывается при поддержке Японского агентства науки и технологий (JST).

Дополнительная информация: Yuui Yokota et al, Growth of complex oxide single crystals with high melting point over 2200 °C using tungsten crucible, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-12535-0

Источник: Tohoku University