En billigere, grønnere måde at dyrke krystallinske halvlederfilm på

University of Michigan kemikere har udviklet en grønnere, billigere måde at lave enkeltkrystallinske halvlederfilm på, komponenter i hjertet af alle vores elektriske gadgets.

Enkeltkrystallinske film af uorganiske halvledere er grundlaget for næsten al elektronik, herunder smartphones, computere og solpaneler. De hurtigste integrerede kredsløb har transistorer bestående af germaniumfilm på silicium. Men sådanne materialer fremstilles typisk kun ved forhøjede temperaturer, med komplekse maskiner, der involverer farlige gasser.

U-M holdet, ledet af Stephen Maldonado, en lektor i kemi, har opfundet en metode til samtidig at syntetisere og afsætte krystallinske halvlederfilm fra vand ved stuetemperatur ved hjælp af udstyr, der kan samles for blot et par dollars.

"Vores metode kræver ikke overskydende varme, og alt gøres i en vandig opløsning, så vi bruger ingen giftige forstadier, " sagde Maldonado. "Og vi gør dette uden at ofre nogen kvalitet i materialets krystallinitet, hvilket normalt er afvejningen."

At gøre dette, Maldonado og hans team laver en tynd, flydende metalfilm, der hviler på et underlag, som de forbinder til en strømforsyning. Når de elektrificerer metalfilmen, molekyler på overfladen af ​​den film - hvis de er i kontakt med vand - kan reduceres til deres elementære dele. I dette tilfælde, enheder af opløst germaniumoxid omdannes til germaniumatomer, der opløses i den flydende metalfilm.

"Hvis den flydende metalfilm er tynd nok, germanium atomerne vil fælde ud, men selektivt i bunden og som en ensartet krystallinsk film." sagde Maldonado. "Det fede ved dette er, at vi tager en oxideret forløber – som det du ville finde i naturen – og i ét procestrin, vi kan producere en teknologisk relevant film, der er én stor sammenhængende krystal."

Maldonado sagde, at hans teams næste skridt vil være at gøre den samme proces med silicium. Kemien er mere nuanceret, men princippet er det samme.

Ultimativt, uden kompliceret maskineri og høje temperaturer, Maldonados proces kunne give en billigere, grønnere måde at producere halvledere på.

"Der er en grund til, at alle på denne planets ansigt ikke har adgang til avanceret elektronik, " sagde Maldonado. "At lave højtydende halvlederenheder kræver en betydelig infrastruktur."

"Denne proces, med hensyn til nøgleelementerne i det – vi taler om ting, du kan få hos RadioShack. Du behøver ikke høj temperatur, du behøver ikke kompliceret maskineri. Du skal bare bruge et middel til at tegne og måle en strøm, men elektronikken kunne du bogstaveligt talt sammensætte for $20. Dette arbejde er et skridt i retning af en halvlederfremstillingsindustri, der kunne drives af enhver, overalt."

Holdets forskning er publiceret i Journal of the American Chemical Society .