Revolutionerende ny løsning til Semiconductor, Nano materialer

(PhysOrg.com) -- University of Maryland forskere har skabt en helt ny måde at producere højkvalitets halvledermaterialer, der er kritiske for avanceret mikroelektronik og nanoteknologi. Udgivet i 26. marts-udgaven af Videnskab , deres forskning er et grundlæggende skridt fremad inden for nanomaterialevidenskab, der kan føre til betydelige fremskridt inden for computerchips, fotovoltaiske celler, biomarkører og andre applikationer, ifølge forfatterne og andre eksperter.

"Dette er en major, store fremskridt, der viser, at det er muligt at gøre noget, der var umuligt at gøre før, "sagde lektor ved Massachusetts Institute of Technology, Francesco Stellacci, hvis eget arbejde fokuserer på opdagelse af nye egenskaber i nanoskala materialer og udvikling af nye nanofabrikationsordninger. "Denne forskning viser faktisk, at det er muligt på nanoskala for to materialer til lykkeligt at eksistere side om side ved deres grænseflade, to materialer, der ellers ikke ville eksistere side om side, "forklarede Stellacci, som ikke var involveret i undersøgelsen.

Anført af Min Ouyang, en adjunkt i afdelingen for fysik og Maryland NanoCenter, University of Maryland-teamet har skabt en proces, der bruger kemisk termodynamik til at producere, i løsning, en bred vifte af forskellige kombinationsmaterialer, hver med en skal af strukturelt perfekt monokrystal halvleder omkring en metalkerne.

Ouyang og medforskere Jiatao Zhang, Yun Tang og Kwan Lee, sige, at deres metode tilbyder en række fordele i forhold til den eksisterende proces, kendt som epitaksi, bruges til at skabe enkeltkrystalhalvledere og relaterede enheder. Den største fordel ved deres ikke-epitaksiale proces kan være, at den undgår to centrale begrænsninger af epitaksi - en grænse for aflejring af halvlederlags tykkelse og et stift krav om "gittertilpasning".

Begrænsningerne ved den epitaksiale metode begrænser de materialer, der kan dannes med den. For eksempel, forfattere Ouyang, Zhang, Tang og Lee bemærker, at forsøg på at bruge epitaksi til at opnå den slags hybride kerne-skal nanostrukturer, de demonstrerer i deres artikel, har været mislykkede.

"Vores proces bør tillade skabelse af materialer, der giver højt integrerede multifunktionelle mikroelektroniske komponenter; bedre, mere effektive materialer til fotovoltaiske celler; og nye biomarkører, " sagde Ouyang, som bemærkede, at hans team er i gang med at ansøge om et patent. "Vi forestiller os for eksempel, at vi kan bruge denne metode til at skabe nye typer solcelleceller, der er ti gange mere effektive til at omdanne sollys til elektricitet end nuværende celler.

"Vores metode kræver ikke en renrumsfacilitet, og materialerne behøver ikke at blive dannet i et vakuum, som dem, der er fremstillet af konventionel epitaksi, gør, "Ouyang sagde. "Således ville det også være meget enklere og billigere for virksomheder at masseproducere materialer med vores proces."

Epitaksi er en af ​​hjørnestenene i moderne halvlederindustri og nanoteknologi. Det er blevet betragtet som den mest overkommelige metode til højkvalitets krystalvækst for mange halvledermaterialer, herunder silicium-germanium, galliumnitrid, galliumarsenid, indiumphosphid og grafen.

Et kvantespring

Den nye metode kan også bruges til at designe og fremstille kunstige kvantestrukturer, der hjælper videnskabsmænd med at forstå og manipulere den grundlæggende fysik af kvanteinformationsbehandling på nanoskala, sagde Ouyang, bemærker, at han og hans team har et separat papir om kvantevidenskabens anvendelser af denne metode, som de forventer at blive offentliggjort i den nærmeste fremtid.

Dette arbejde blev støttet af Office of Naval Research, National Science Foundation (NSF) og Beckman Foundation. Facilitetsstøtte var fra Maryland Nanocenter og dets Nanoscale Imaging, Spektroskopi og egenskabslaboratorium, som delvist understøttes af NSF som et materialeforskningsvidenskab og ingeniørcentre delt eksperimentfacilitet.