Ny forskning fremmer forståelsen af ​​bly -selenid -nanotråde

Fremskridtene i vores elektroniske tidsalder hviler på vores evne til at kontrollere, hvordan elektrisk ladning bevæger sig, fra punkt A til punkt B, gennem kredsløb. Det kræver særlig præcision, til applikationer lige fra computere, billedsensorer og solceller, og den opgave påhviler halvledere.

Nu, et forskerhold ved University of Pennsylvanias skoler for ingeniørvidenskab og anvendt videnskab og kunst og videnskab har vist, hvordan man kontrollerer egenskaberne ved halvledernanotråde lavet af et lovende materiale:blyselenid.

Anført af Cherie Kagan, professor i afdelingerne for el- og systemteknik, Materialevidenskab og teknik og kemi og meddirektør for Pennergy, Penn's center fokuserede på at udvikle alternative energiteknologier, holdets forskning blev primært udført af David Kim, en kandidatstuderende på Materials Science and Engineering-uddannelsen.

Holdets arbejde blev offentliggjort online i tidsskriftet ACS Nano og vil blive vist i Journalens april-podcast.

Det vigtigste bidrag fra holdets arbejde har at gøre med at kontrollere de ledende egenskaber af blyselenid nanotråde i kredsløb. Halvledere findes i to typer, n og p, henviser til den negative eller positive ladning, de kan bære. Dem der flytter elektroner, som har en negativ ladning, kaldes "n-type". Deres "p-type" modstykker flytter ikke protoner, men snarere fraværet af en elektron-et "hul"-hvilket svarer til at flytte en positiv ladning.

Inden de integreres i kredsløb, halvleder nanotråden skal være "kablet op" til en enhed. Metalelektroder skal placeres i begge ender for at tillade elektricitet at strømme ind og ud; imidlertid, "ledningerne" kan påvirke de observerede elektriske egenskaber af nanotrådene, om enheden ser ud til at være n-type eller p-type. Forurening, selv fra luften, kan også påvirke enhedstypen. Gennem streng luftfri syntese, rensning og analyse, de holdt nanotrådene rene, giver dem mulighed for at opdage de unikke egenskaber ved disse bly -selenid -nanomaterialer.

Forskere designede eksperimenter, der tillod dem at adskille indflydelsen fra metal "ledninger" på elektroners og hullers bevægelse fra den adfærd, der er iboende for bly -selenid -nanotråde. Ved at kontrollere eksponeringen af ​​halvleder -nanotrådeenheden for ilt eller kemisk hydrazin, de var i stand til at ændre de ledende egenskaber mellem p-type og n-type. Ændring af eksponeringens varighed og koncentration, nanowire-enhedstypen kunne vendes frem og tilbage.

"Hvis du blotlægger overfladerne af disse strukturer, som er unikke for materialer i nanoskala, du kan lave dem p-type, du kan lave dem n-type, og du kan lave dem et sted midt imellem, hvor den kan lede både elektroner og huller, " sagde Kagan. "Dette er, hvad vi kalder 'ambipolær'."

Enheder, der kombinerer en n-type og en p-type halvleder, bruges i mange højteknologiske applikationer, lige fra kredsløbene til daglig elektronik, til solceller og termoelektriske som kan omdanne varme til elektricitet.

"At tænke på, hvordan vi kan bygge disse ting og drage fordel af egenskaberne ved materialer i nanoskala, er virkelig, hvad denne nye forståelse tillader, " sagde Kagan.

At finde ud af egenskaberne ved materialer i nanoskala og deres adfærd i enhedsstrukturer er de første skridt i at se frem til deres applikationer.

Disse blyselenid nanotråde er attraktive, fordi de kan syntetiseres ved hjælp af billige metoder i store mængder.

"Sammenlignet med det store maskineri skal du lave andre halvlederanordninger, det er betydeligt billigere, " sagde Kagan. "Det ser ikke meget mere kompliceret ud end de hætter, folk ville genkende fra, da de skulle tage et kemi-laboratorium."

Ud over de lave omkostninger, fremstillingsprocessen for bly -selenid -nanotråde er relativt let og konsekvent.

"Du behøver ikke gå til høje temperaturer for at få massemængder af disse blyselenid-nanotråde af høj kvalitet, "Kim sagde." De teknikker, vi bruger, er højt udbytte og høj renhed; vi kan bruge dem alle."

Og fordi de ledende egenskaber af blyselenid nanotrådene kan ændres, mens de er placeret i en enhed, de har en bredere vifte af funktionalitet, i modsætning til traditionelle siliciumhalvledere, som først skal "dopes" med andre elementer for at gøre dem til "p" eller "n."

Penn-teamets arbejde er et skridt i retning af at integrere disse nanomaterialer i en række elektroniske og optoelektroniske enheder, såsom fotosensorer.