Wissenschaftler stellen atomdicke Post-It-Notizen für Solarzellen und Schaltkreise her

Anonim

Im Laufe des letzten halben Jahrhunderts haben Wissenschaftler Siliziumfilme bis auf ein paar Atome rasiert, um kleinere, schnellere Elektronik zu finden. Für die nächsten Durchbrüche brauchen sie jedoch neuartige Wege, um noch kleinere und leistungsstärkere Geräte zu bauen.

Eine Studie von UChicago Forscher, veröffentlicht am 20. September in Nature, beschreibt eine innovative Methode, um Stapel von Halbleitern nur wenige Atome dick zu machen. Die Technik bietet Wissenschaftlern und Ingenieuren eine einfache, kostengünstige Methode, dünne, gleichmäßige Schichten aus diesen Materialien herzustellen, die die Möglichkeiten für Geräte von Solarzellen bis hin zu Mobiltelefonen erweitern könnten.

Das Stapeln dünner Materialschichten bietet eine Reihe von Möglichkeiten, elektronische Geräte mit einzigartigen Eigenschaften herzustellen. Die Herstellung solcher Filme ist jedoch ein heikler Prozess mit wenig Fehlern.

"Das Ausmaß des Problems, das wir betrachten, ist, stell dir vor, du würdest versuchen, ein flaches Stück Plastikfolie von der Größe von Chicago zu legen, ohne irgendwelche Luftblasen darin zu haben", sagte Jiwoong Park, ein UChicago-Professor am Department of Chemistry. das Institut für Molecular Engineering und das James Franck Institut, das die Studie leitete. "Wenn das Material selbst nur Atome dick ist, ist jedes kleine Streuatom ein Problem."

Heute werden diese Schichten "gewachsen", anstatt sie übereinander zu stapeln. Aber das bedeutet, dass die unteren Schichten harten Wachstumsbedingungen wie hohen Temperaturen ausgesetzt werden müssen, während die neuen hinzugefügt werden - ein Prozess, der die Materialien beschränkt, mit denen sie hergestellt werden.

Parks Team hat die Filme stattdessen individuell gemacht. Dann legten sie sie in ein Vakuum, schälten sie ab und klebten sie aneinander, wie Post-It-Notizen. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, Filme herzustellen, die anstelle von stärkeren kovalenten Bindungen mit schwachen Bindungen verbunden waren - weniger störend auf die perfekten Oberflächen zwischen den Schichten.

"Die Filme, die auf atomarer Ebene vertikal gesteuert werden, sind über ganze Wafer außergewöhnlich hochwertig", sagte Kibum Kang, ein Postdoc, der als erster die Studie verfasste.

Kan-Heng Lee, ein Doktorand und Co-Erstautor der Studie, testete dann die elektrischen Eigenschaften der Filme, indem er sie in Geräte umwandelte, und zeigte, dass ihre Funktionen auf der atomaren Skala entworfen werden können, was es ihnen ermöglichen könnte, als wesentlicher Bestandteil für zukünftige Computerchips.

Die Methode eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten für solche Filme. Sie können auf Wasser oder Kunststoffen hergestellt werden; sie können sich lösen, indem sie in Wasser getaucht werden; und sie können mit einem Ionenstrahl gemeißelt oder gemustert werden. Die Forscher erforschen die ganze Bandbreite dessen, was mit der Methode getan werden kann, die sie als einfach und kosteneffektiv bezeichnen.

"Wir erwarten, dass diese neue Methode die Entdeckung neuartiger Materialien beschleunigt und eine großtechnische Fertigung ermöglicht", sagte Park.

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