Ændring af halvlederegenskaber ved stuetemperatur

Det er en lille ændring, der gør en stor forskel. Forskere har udviklet en metode, der bruger en graders temperaturændring til at ændre lysets farve, som en halvleder udsender. Metoden, som bruger en tyndfilm halvleder lagt oven på et varmefølsomt substratmateriale, tilbyder en vej til elektronisk at udløse ændringer i egenskaberne af halvledermaterialer.

"Vi kan ændre farven på det lys, som materialet udsender, med kun en lille ændring i substratets temperatur, "sagde Jian Shi, en adjunkt i materialevidenskab og teknik ved Rensselaer Polytechnic Institute. "Hvis du kan manipulere et materiale gennem temperatur, du kan også potentielt manipulere det med spænding, og lave en elektronisk enhed, og det er betydningsfuldt. Nu kan du kontrollere emissionsbølgelængder elektronisk. "

Forskningen er detaljeret i "Ikke-lineære elektron-gitterinteraktioner i en Wurtzite halvleder aktiveret via stærkt korreleret oxid, "udgivet i en nylig udgave af Avancerede materialer .

Materialeforskere som Shi udvikler materialer med egenskaber, der kan muliggøre nye teknologier eller bedre passer til nuværende teknologier. I det væsentlige, der er tre hovedmuligheder for at ændre et materiales egenskaber:ændre sammensætningen, ændre temperaturen, eller ændre trykket på materialet. Hver har fordele og ulemper, og et materiale, der er egnet til kommercielle anvendelser, skal være økonomisk og udvise de nødvendige egenskaber under relativt almindelige forhold.

I denne forskning, Shi fokuserede på brugen af ​​tryk til at ændre elektron-gitterets sammensætning, eller symmetri, af cadmiumsulfit, og ændre dens egenskaber. Brugen af ​​massetryk har potentielle faldgruber:Det kræver meget energi at ændre elektronens gitterinteraktion gennem et tryk; generering af denne energi kan kræve brug af et omfangsrigt apparat, der gør materialet utilgængeligt for applikationer; og mange materialer har ringe tolerance for deformation og vil faktisk gå i stykker, før de kan deformeres tilstrækkeligt til at fremprovokere nye egenskaber. For eksempel, cadmiumsulfit i bulk vil knuse ved .1 procent deformation, hvilket ikke er nok til at ændre dets elektron-gitter-interaktion, og derfor dens materielle egenskaber.

For at overvinde disse faldgruber, Shis tilgang anvender en tynd film af halvlederen - som kan tåle større deformation end massematerialet - afsat på et substratmateriale, der deformeres væsentligt, når den kun udsættes for en lille temperaturændring. Den tynde film af cadmiumsulfit, kan tåle mindst en procent deformation uden at knuse, en 10 gange fordel i forhold til bulkmaterialet. Substratmaterialet, vanadiumdioxid, undergår en fasetransformation fra metal til isolator mellem 6 og 8 grader Celsius, ændre mængden af ​​materialet og udøve tryk på den tynde film halvleder aflejret på overfladen.

Ved at kombinere den robuste tynde film halvleder med det temperaturfølsomme substrat, Shi er let i stand til at udsætte halvlederen for stor belastning.

Metoden kunne udvides til en række tyndfilm halvledere og til substrater, der gennemgår faseovergang fra tryk, samt temperatur, eller elektrostatisk doping.

Væsentligt, resultaterne antyder også potentialet for at producere en spænding fra termisk energi, hvilket kan føre til høst af termisk energi.

"Hvis du ændrer gitterkonstanten og symmetrien - for et materiale, nogle gange kan du generere energi, som en nuværende stigning, "Sagde Shi." Hvis vi kan ændre termisk energi til elektricitet ved at ændre materialets symmetri, vi kan høste termisk energi. "