Nanokrystal doping forbedrer halvleder nanokrystaller

Forskere ved det hebraiske universitet i Jerusalem har opnået et gennembrud inden for nanovidenskab ved med succes at ændre nanokrystalegenskaber med urenhedsatomer - en proces kaldet doping - og derved åbne vejen for fremstilling af forbedrede halvleder -nanokrystaller.

Halvleder -nanokrystaller består af titusinder til tusinder af atomer og er 10, 000 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår. Disse små partikler kan bruges i en lang række felter, såsom solid-state belysning, solceller og bio-billeddannelse. En af de vigtigste potentielle anvendelser af disse bemærkelsesværdige materialer er i halvlederindustrien, hvor intensiv miniaturisering har fundet sted i de sidste 50 år og nu er i nanometerområdet.

Imidlertid, disse halvledere er dårlige elektriske ledere, og for at bruge dem i elektroniske kredsløb, deres ledningsevne skal indstilles ved tilsætning af urenheder. I denne proces, fremmede atomer, kaldes urenheder, introduceres i halvlederen, forårsager en forbedring af dets elektriske ledningsevne.

I dag, halvlederindustrien årligt bruger milliarder af dollars i bestræbelser på bevidst at tilføre urenheder til halvlederprodukter, hvilket er et stort skridt i fremstillingen af ​​talrige elektroniske produkter, herunder computerchips, lysdioder og solceller.

På grund af dopingens betydning for halvlederindustrien, forskere verden over har gjort fortsatte forsøg på doping af nanokrystaller for at opnå en stadig større miniaturisering og for at forbedre produktionsmetoder til elektroniske enheder. Desværre, disse små krystaller er resistente over for doping, da deres lille størrelse får urenhederne til at blive bortvist. Et yderligere problem er manglen på analytiske teknikker til rådighed for at studere små mængder dopemidler i nanokrystaller. På grund af denne begrænsning, det meste af forskningen på dette område har fokuseret på at indføre magnetiske urenheder, som lettere kan analyseres. Imidlertid, de magnetiske urenheder forbedrer ikke nanokrystalets ledningsevne rigtigt.

Uri Banin og hans kandidatstuderende, David Mocatta, fra det hebraiske universitetscenter for nanovidenskab og nanoteknologi, har opnået et gennembrud i deres udvikling af en ligetil, kemisk reaktion ved stuetemperatur for at indføre urenhedsatomer af metaller i halvleder-nanokrystaller. De så nye effekter, der ikke tidligere er rapporteret. Imidlertid, da forskerne forsøgte at forklare resultaterne, de fandt ud af, at fysikken i dopede nanokrystaller ikke var særlig godt forstået.

Lidt efter lidt, i samarbejde med professor Oded Millo fra det hebraiske universitet og med Guy Cohen og prof. Eran Rabani fra Tel Aviv University, de opbyggede et omfattende billede af, hvordan urenhederne påvirker nanokrystallers egenskaber. De første vanskeligheder med at forklare denne proces viste sig at være en stor mulighed, da de opdagede, at urenheden påvirker nanokrystallet på uventede måder, resulterer i ny og spændende fysik.

"Vi var nødt til at bruge en kombination af mange teknikker, der når det er taget sammen gør det tydeligt, at det lykkedes os at dope nanokrystaller. Det tog fem år, men vi kom der til sidst, "sagde Mocatta.

Dette gennembrud blev for nylig rapporteret i det prestigefyldte tidsskrift Videnskab . Det sætter scenen for udviklingen af ​​mange potentielle applikationer med nanokrystaller, lige fra elektronik til optik, fra sansning til alternative energiløsninger. Dopede nanokrystaller kan bruges til at lave nye typer nanolasere, solceller, sensorer og transistorer, opfylder de krævende krav fra halvlederindustrien.