Forskningsopdagelse kan revolutionere fremstilling af halvledere

En helt ny metode til fremstilling af de mindste strukturer inden for elektronik kunne gøre deres fremstilling tusindvis af gange hurtigere, giver mulighed for billigere halvledere. Resultaterne er offentliggjort i det seneste nummer af Natur .

I stedet for at starte fra en siliciumskive eller et andet substrat, som det plejer i dag, forskere har gjort det muligt for strukturerne at vokse fra frit suspenderede nanopartikler af guld i en strømmende gas.

Bag opdagelsen står Lars Samuelson, Professor i halvlederfysik ved Lunds Universitet, Sverige, og leder af universitetets Nanometer Structure Consortium. Han tror på, at teknologien vil være klar til kommercialisering om to til fire år. En prototype til solceller forventes at stå færdig om to år.

"Da jeg først foreslog ideen om at slippe af med substratet, folk omkring mig sagde 'du er gal, Lars; det ville aldrig virke'. Da vi testede princippet i en af ​​vores ombyggede ovne ved 400°C, resultaterne var bedre, end vi kunne have drømt om ", han siger.

"Den grundlæggende idé var at lade nanopartikler af guld fungere som et substrat, hvorfra halvlederne vokser. Det betyder, at de accepterede koncepter virkelig blev vendt på hovedet!"

Siden da, teknologien er blevet forfinet, patenter er opnået og yderligere undersøgelser er blevet udført. I artiklen i Nature, forskerne viser, hvordan væksten kan styres ved hjælp af temperatur, tid og størrelsen af ​​guldnanopartiklerne.

For nylig, de har også bygget en prototype maskine med en specialbygget ovn. Ved hjælp af en række ovne, forskerne forventer at kunne 'bage' nanotrådene, som strukturerne kaldes, og derved udvikle flere varianter, såsom p-n dioder.

En yderligere fordel ved teknologien er at undgå omkostningerne ved dyre halvlederwafere.

"Ud over, processen er ikke kun ekstrem hurtig, den er også kontinuerlig. Traditionel fremstilling af substrater er batch-baseret og er derfor meget mere tidskrævende", tilføjer Lars Samuelson.

I øjeblikket, forskerne arbejder på at udvikle en god metode til at fange nanotrådene og få dem til at samle sig selv på en ordnet måde på en bestemt overflade. Dette kunne være glas, stål eller andet egnet til formålet.

Grunden til, at ingen har testet denne metode før, efter professor Samuelsons opfattelse, er, at dagens metode er så grundlæggende og indlysende. Sådanne ting har en tendens til at være svære at stille spørgsmålstegn ved.

Imidlertid, Lund-forskerne har et forspring takket være deres parallelle forskning baseret på en innovativ metode til fremstilling af nanotråde på halvlederwafere, kendt som epitaksi – følgelig, forskerne har valgt at kalde den nye metode for aerotaxy. I stedet for at skulpturere strukturer af silicium eller et andet halvledermateriale, strukturerne får i stedet lov til at udvikle sig, atomlag for atomlag, gennem kontrolleret selvorganisering.

Strukturerne omtales som nanotråde eller nanorods. Gennembruddet for disse halvlederstrukturer kom i 2002 og forskning i dem udføres primært i Lund, Berkeley og Harvard universiteter. Lund-forskerne har specialiseret sig i at udvikle ledningernes fysiske og elektriske egenskaber, som er med til at skabe bedre og mere energibesparende solceller, LED'er, batterier og andet elektrisk udstyr, som nu er en integreret del af vores liv.