Forbedring af siliciums egenskaber ved at erstatte brint med deuterium på overfladelaget

I et sjældent samarbejde kombinerede to videnskabsmænd, som er brødre, der arbejder i ikke-relaterede discipliner, komplementær ekspertise for at tackle et kemisk problem i forbindelse med brugen af ​​silicium i elektroniske enheder.

Leder af National Deuteration Facility, Dr. Tamim Darwish, foreslog sin bror, Dr. Nadim Darwish, en seniorlektor med ekspertise i molekylær elektronik ved Curtin University, at deuterering af silicium kunne forbedre dets egenskaber.

Dr. Tamim Darwish er meget bekendt med de unikke egenskaber ved deuterium, en isotop af brint, der bruges til at erstatte brint i molekyler og fokus for arbejdet på National Deuteration Facility (NDF).

Denne facilitet hos ANSTO er en af ​​verdens førende inden for deuteration til forskningsapplikationer, og de er specialiserede i at levere skræddersyede deutererede molekyler og mærkningsteknikker.

Resultaterne af deres forskning offentliggjort i ACS Applied Materials &Interfaces rapporterer forbedringer af siliciums egenskaber, når brint blev erstattet med deuterium på overfladelaget.

I de senere år har der været betydelig interesse for en teknologi, der kombinerer silicium og organiske molekyler til forskellige applikationer såsom sensorer, solceller, strømproduktion og molekylært elektronisk udstyr.

Udfordringen med denne teknologi har været, at overfladerne lavet af silicium og brint (Si−H overflader), som er afgørende for at bygge disse enheder, er tilbøjelige til at oxidere. Denne oxidation kan skade enhedernes stabilitet både mekanisk og elektronisk.

I denne undersøgelse fandt Darwish-brødrene og deres medarbejdere ud af, at hvis brint erstattes med deuterium, hvilket skaber Si−D-overflader, bliver disse overflader meget mere modstandsdygtige over for oxidation, når de udsættes for enten positive eller negative spændinger. Si−D overflader viste mere stabilitet mod oxidation, og deres elektriske egenskaber var mere konsistente sammenlignet med Si−H overflader.

Efterforskerne anbefalede at bruge Si−D overflader i stedet for Si−H overflader i applikationer, der kræver ikke-oxiderede siliciumoverflader, såsom elektrokemiske biosensorer, siliciumbaserede molekylære elektroniske enheder og siliciumbaserede triboelektriske generatorer.

De betydelige overfladeisotopeffekter, der er rapporteret i denne undersøgelse, har implikationer for designet af siliciumbaserede enheder, molekylær elektronik og strømgenereringsenheder baseret på silicium. Derudover påvirker disse resultater fortolkningen af ​​ladningstransportegenskaber i sådanne enheder.

Flere oplysninger: Tiexin Li et al, Terminal Deuterium Atoms beskytter silicium mod oxidation, ACS-anvendte materialer og grænseflader (2023). DOI:10.1021/acsami.3c11598

Journaloplysninger: ACS-anvendte materialer og grænseflader

Leveret af Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)