28 Σεπτεμβρίου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Οι ημιαγωγοί είναι η καρδιά σχεδόν κάθε ηλεκτρονικής συσκευής. Χωρίς ημιαγωγούς, οι υπολογιστές μας δεν θα μπορούσαν να επεξεργαστούν και να διατηρήσουν δεδομένα. και οι λαμπτήρες LED (δίοδος εκπομπής φωτός) θα έχαναν την ικανότητά τους να λάμπουν. Αλλά η κατασκευή ημιαγωγών απαιτεί πολλή ενέργεια. Ο σχηματισμός ημιαγωγών υλικών από άμμο (οξείδιο του πυριτίου) καταναλώνει σημαντική ποσότητα ενέργειας έντασης θερμότητας, σε καυτές θερμοκρασίες περίπου 2,700 βαθμών Φαρενάιτ. Και η διαδικασία καθαρισμού και συναρμολόγησης όλων των πρώτων υλών που οδηγούν στην κατασκευή ενός ημιαγωγού μπορεί να διαρκέσει εβδομάδες, αν όχι μήνες. Ένα νέο ημιαγώγιμο υλικό που ονομάζεται "multielement ink" θα μπορούσε να κάνει αυτή τη διαδικασία σημαντικά λιγότερο εντατική και πιο βιώσιμη. Αναπτύχθηκε από ερευνητές από το Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) και το UC Berkeley, το "multielement ink" είναι ο πρώτος ημιαγωγός "υψηλής εντροπίας" που μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία σε χαμηλή θερμοκρασία ή θερμοκρασία δωματίου. Η ανακάλυψη αναφέρθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Φύση ("Μονοί κρύσταλλοι περοβσκίτη αλογονιδίου υψηλής εντροπίας σταθεροποιημένοι με ήπια χημεία").
Εικόνα από γκοφρέτες πυριτίου. Οι επιστήμονες του Berkeley Lab ανέπτυξαν "πολυστοιχειακή μελάνη" - ένα νέο ημιαγώγιμο υλικό που θα μπορούσε να επιτρέψει μια πιο βιώσιμη προσέγγιση στην κατασκευή μικροηλεκτρονικών. Σε αντίθεση με το πυρίτιο, το μελάνι πολλαπλών στοιχείων μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία σε θερμοκρασία δωματίου. (Εικόνα: kynny/iStock) «Ο παραδοσιακός τρόπος κατασκευής συσκευών ημιαγωγών είναι ενεργοβόρος και μία από τις κύριες πηγές εκπομπών άνθρακα», δήλωσε ο Peidong Yang, ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης. Ο Yang είναι ανώτερος επιστήμονας στο τμήμα Επιστημών Υλικών του Berkeley Lab και καθηγητής χημείας και επιστήμης και μηχανικής υλικών στο UC Berkeley. «Η νέα μας μέθοδος κατασκευής ημιαγωγών θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για μια πιο βιώσιμη βιομηχανία ημιαγωγών». Η πρόοδος εκμεταλλεύεται δύο μοναδικές οικογένειες ημιαγώγιμων υλικών: σκληρά κράματα από ημιαγωγούς υψηλής εντροπίας. και ένα μαλακό, εύκαμπτο υλικό από κρυσταλλικό αλογονίδιο περοβσκίτες. Τα υλικά υψηλής εντροπίας είναι στερεά κατασκευασμένα από πέντε ή περισσότερα διαφορετικά χημικά στοιχεία που αυτοσυναρμολογούνται σε σχεδόν ίσες αναλογίες σε ένα ενιαίο σύστημα. Για πολλά χρόνια, οι ερευνητές ήθελαν να χρησιμοποιήσουν υλικά υψηλής εντροπίας για να αναπτύξουν ημιαγώγιμα υλικά που αυτοσυναρμολογούνται με ελάχιστες εισροές ενέργειας. «Αλλά οι ημιαγωγοί υψηλής εντροπίας δεν έχουν μελετηθεί σχεδόν στον ίδιο βαθμό. Η δουλειά μας θα μπορούσε να βοηθήσει να καλυφθεί σημαντικά αυτό το κενό κατανόησης», δήλωσε ο Yuxin Jiang, συν-πρώτος συγγραφέας και μεταπτυχιακός φοιτητής ερευνητής στην ομάδα Peidong Yang με το Τμήμα Επιστημών Υλικών του Berkeley Lab και το τμήμα χημείας στο UC Berkeley.
Φωτοφωταύγεια εικόνα του λογότυπου California Golden Bears που εκπέμπεται από μονοκρυστάλλους ZrSnTeHfPt πέντε στοιχείων υπό διέγερση με λάμπα UV. Οι κρύσταλλοι σχηματίστηκαν από «μελάνη πολλαπλών στοιχείων». Το πείραμα καταδεικνύει τις δυνατότητες του υλικού ως συσκευή LED με δυνατότητα ρύθμισης χρώματος. (Εικόνα: Maria Folgueras, Yuxin Jiang και Peidong Yang, Berkeley Lab) Αν και τα συμβατικά υλικά κραμάτων υψηλής εντροπίας απαιτούν πολύ λιγότερη ενέργεια από το πυρίτιο για την επεξεργασία τους για την κατασκευή, εξακολουθούν να απαιτούν πολύ υψηλές θερμοκρασίες άνω των 1000 βαθμών Κελσίου (ή πάνω από 1832 βαθμούς Θερμόμετρο Φαρενάιτ). Η κλιμάκωση υλικών υψηλής εντροπίας για παραγωγή βιομηχανικής κλίμακας είναι πρόκληση λόγω αυτής της τεράστιας εισροής ενέργειας. Για να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο, ο Yang και η ομάδα στη συνέχεια αξιοποίησαν τις μοναδικές ιδιότητες ενός καλά μελετημένου ηλιακού υλικού που έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον των ερευνητών για πολλά χρόνια: τους περοβσκίτες αλογονιδίων. Οι περοβσκίτες επεξεργάζονται εύκολα από διάλυμα σε χαμηλή θερμοκρασία - από θερμοκρασία δωματίου έως περίπου 300 βαθμούς Φαρενάιτ. Αυτές οι χαμηλότερες θερμοκρασίες επεξεργασίας θα μπορούσαν μια μέρα να μειώσουν δραματικά το ενεργειακό κόστος για τους κατασκευαστές ημιαγωγών. Για τη νέα μελέτη, ο Yang και η ομάδα του εκμεταλλεύτηκαν αυτή τη χαμηλότερη ενεργειακή απαίτηση για να συνθέσουν μονούς κρυστάλλους περσοβσκίτη αλογονιδίου υψηλής εντροπίας από ένα διάλυμα σε συνθήκες θερμοκρασίας δωματίου ή χαμηλής θερμοκρασίας (80 βαθμούς Κελσίου ή 176 βαθμούς Φαρενάιτ).
Σε διάλυμα, το μελάνι πολλαπλών στοιχείων αυτοσυναρμολογείται σε χαμηλές θερμοκρασίες σε ημιαγωγούς υψηλής εντροπίας ή μονοκρυστάλλους περοβσκίτη αλογονιδίου. (Εικόνα: Maria Folgueras, Yuxin Jiang και Peidong Yang, Berkeley Lab) Λόγω της φύσης του ιοντικού δεσμού τους, οι κρυσταλλικές δομές αλογονιδίου περοβσκίτη απαιτούν σημαντικά χαμηλότερη ενέργεια για να σχηματιστούν σε σύγκριση με άλλα συστήματα υλικών, εξήγησε ο Yang. Πειράματα στο Advanced Light Source του Berkeley Lab επιβεβαίωσαν ότι οι προκύπτοντες οκταεδρικοί και κυβοκτάεδροι κρύσταλλοι είναι μονοκρυστάλλοι αλογονιδίου περοβσκίτη υψηλής εντροπίας: ένα σύνολο αποτελείται από πέντε στοιχεία (SnTeReIrPt ή ZrSnTeHfPt) και ένα άλλο σύνολο από έξι στοιχεία RetO ή ZRFSrT. Οι κρύσταλλοι έχουν διάμετρο περίπου 30-100 μικρόμετρα. (Ένα μικρόμετρο είναι το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου, το οποίο είναι περίπου το μέγεθος ενός κόκκου σκόνης.) Η τεχνική χαμηλής θερμοκρασίας/θερμοκρασία δωματίου παράγει μονοκρυσταλλικούς ημιαγωγούς μέσα σε ώρες από την ανάμιξη ενός διαλύματος και την καθίζηση, πολύ πιο γρήγορα από τους συμβατικούς ημιαγωγούς τεχνικές κατασκευής. «Διαισθητικά, η κατασκευή αυτών των ημιαγωγών είναι σαν να στοιβάζετε μοριακά «LEGO» σε σχήμα οκταεδρικού σχήματος σε μεγαλύτερους οκταεδρικούς μονοκρυστάλλους», είπε ο Yang. «Φανταζόμενοι ότι καθένα από αυτά τα μεμονωμένα μοριακά LEGO θα εκπέμπει σε διαφορετικά μήκη κύματος, μπορεί κανείς να σχεδιάσει καταρχήν ένα υλικό ημιαγωγών που θα εκπέμπει ένα αυθαίρετο χρώμα επιλέγοντας διαφορετικά μοριακά οκταεδρικά LEGO», εξήγησε. Οι συγγραφείς απέδειξαν αυτή την ιδέα τυπώνοντας ένα λογότυπο California Golden Bears. Η σταθερότητα στη θερμοκρασία περιβάλλοντος ήταν από καιρό ένα πρόβλημα για την προώθηση των αλογονιδίων περοβσκιτών που είναι έτοιμοι για εμπορική χρήση, αλλά σε ένα πείραμα για τη νέα μελέτη, ο αλογονίδιος περοβσκίτης «πολυστοιχειακού μελανιού» υψηλής εντροπίας εξέπληξε την ερευνητική ομάδα με μια εντυπωσιακή σταθερότητα στον αέρα περιβάλλοντος τουλάχιστον έξι μήνες.
Εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης μονοκρυστάλλων έξι στοιχείων. Οι κρύσταλλοι σχηματίζονται από δομικά στοιχεία «μελάνης πολλαπλών στοιχείων», του πρώτου ημιαγωγού υψηλής εντροπίας που μπορεί να υποστεί επεξεργασία σε χαμηλή θερμοκρασία ή θερμοκρασία δωματίου. (Εικόνα: Maria Folgueras, Yuxin Jiang και Peidong Yang, Berkeley Lab) Ο Yang είπε ότι το μελάνι πολλαπλών στοιχείων έχει πολλές πιθανές εφαρμογές, ιδιαίτερα ως έγχρωμο συντονιζόμενο LED ή άλλη συσκευή φωτισμού στερεάς κατάστασης ή ως θερμοηλεκτρικό για τα απόβλητα ανάκτηση θερμότητας. Επιπλέον, το υλικό θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμεύσει ως προγραμματιζόμενο στοιχείο σε μια συσκευή οπτικού υπολογιστή που χρησιμοποιεί φως για τη μεταφορά ή την αποθήκευση δεδομένων. «Οι κρύσταλλοι μας ημιαγωγών αλογονιδίου-περοβσκίτη υψηλής εντροπίας, με τις μεθόδους θερμοκρασίας δωματίου και χαμηλής θερμοκρασίας, μπορούν να ενσωματωθούν σε μια ηλεκτρονική συσκευή χωρίς να καταστρέψουν τα άλλα απαραίτητα στρώματα, επιτρέποντας έτσι τον ευκολότερο σχεδιασμό των ηλεκτρονικών συσκευών και την πιο ευρεία χρήση υλικά υψηλής εντροπίας σε ηλεκτρονικές συσκευές», είπε η συν-πρώτη συγγραφέας Maria Folgueras, πρώην μεταπτυχιακή φοιτήτρια στην ομάδα Peidong Yang στο Berkeley Lab και στο UC Berkeley. «Μπορεί κανείς να φανταστεί ότι κάθε ένα από αυτά τα οκταεδρικά LEGO θα μπορούσε να φέρει κάποιο είδος «γενετικής» πληροφορίας, όπως ακριβώς τα ζεύγη βάσεων DNA φέρουν τις γενετικές μας πληροφορίες», είπε ο Yang. «Θα ήταν πολύ συναρπαστικό αν μια μέρα μπορούσαμε να κωδικοποιήσουμε και να αποκωδικοποιήσουμε αυτούς τους μοριακούς ημιαγωγούς LEGO για εφαρμογές της επιστήμης της πληροφορίας». Οι ερευνητές σχεδιάζουν στη συνέχεια να συνεχίσουν τον σχεδιασμό βιώσιμων υλικών ημιαγωγών για εφαρμογές φωτισμού στερεάς κατάστασης και οθόνης.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63736.php
- :έχει
- :είναι
- :δεν
- $UP
- 10
- 28
- 300
- 7
- 700
- 8
- 80
- 9
- a
- ικανότητα
- Ικανός
- Σχετικα
- επιταχύνοντας
- Επιπλέον
- εκ των προτέρων
- προηγμένες
- προχωρώντας
- Πλεονέκτημα
- Όλα
- Επιτρέποντας
- Κράμα
- σχεδόν
- Αν και
- Περιβάλλοντος
- ποσό
- an
- και
- Άλλος
- εφαρμογές
- πλησιάζω
- περίπου
- ΕΙΝΑΙ
- γύρω
- AS
- At
- συγγραφέας
- συγγραφείς
- βάση
- BE
- Αρκούδες
- επειδή
- ήταν
- Berkeley
- Μπλοκ
- επανάσταση
- Κτίριο
- αλλά
- by
- Καλιφόρνια
- που ονομάζεται
- CAN
- άνθρακας
- εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα
- κουβαλάω
- Κελσίου
- Κέντρο
- πρόκληση
- χημική ουσία
- χημεία
- κωδικός
- χρώμα
- σύγκριση
- συστατικό
- υπολογιστές
- χρήση υπολογιστή
- έννοια
- Συνθήκες
- ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΜΕΝΟΣ
- ΣΥΝΕΧΕΙΑ
- συμβατικός
- Δικαστικά έξοδα
- θα μπορούσε να
- Κρύσταλλο
- ημερομηνία
- Ημερομηνία
- ημέρα
- Ζήτηση
- κατέδειξε
- καταδεικνύει
- Τμήμα
- Υπηρεσίες
- σχέδιο
- ανάπτυξη
- αναπτύχθηκε
- συσκευή
- Συσκευές
- διαφορετικές
- Display
- διαίρεση
- Η κ
- δραματικά
- Σκόνη
- κάθε
- ευκολότερη
- εύκολα
- Ηλεκτρονικός
- στοιχεία
- Εκπομπές
- ενεργοποιήσετε
- ενέργεια
- Μηχανική
- τεράστιος
- Κάθε
- πείραμα
- πειράματα
- εξήγησε
- έκταση
- οικογένειες
- μακριά
- γοητευτικός
- γρηγορότερα
- σύντροφος
- συμπληρώστε
- Όνομα
- πέντε
- εύκαμπτος
- Για
- μορφή
- σχηματίζεται
- Πρώην
- από
- χάσμα
- Go
- Χρυσή
- αποφοιτήσουν
- Group
- Σκληρά
- Έχω
- he
- Καρδιά
- βοήθεια
- Ψηλά
- ΩΡΕΣ
- HTTPS
- if
- εικόνα
- φαντάζομαι
- εντυπωσιακός
- in
- Συσσωματωμένος
- ατομικές
- βιομηχανία
- πληροφορίες
- εισαγωγή
- είσοδοι
- σε
- ιωνικός
- ημερολόγιο
- jpg
- μόλις
- εργαστήριο
- εργαστήριο
- μεγαλύτερος
- Λαυρέντιος
- στρώματα
- ελάχιστα
- Led
- μείον
- μόχλευση
- φως
- Φωτιστικά
- Μου αρέσει
- λογότυπο
- Μακριά
- χάνουν
- Παρτίδα
- Χαμηλός
- χαμηλότερα
- που
- μεγάλες
- κάνω
- Κατασκευή
- Κατασκευαστές
- κατασκευής
- πολοί
- maria
- υλικό
- υλικά
- μέθοδος
- μέθοδοι
- Μικροσκόπιο
- Μέσο
- ήπιος
- ελάχιστος
- Μίξη
- μοριακός
- μήνες
- περισσότερο
- εθνικός
- Φύση
- σχεδόν
- απαραίτητος
- Νέα
- επόμενη
- αριθμός
- of
- on
- ONE
- or
- ΑΛΛΑ
- δικός μας
- επί
- Ξεπεράστε
- ζεύγη
- ιδιαίτερα
- ετοιμάζω τον δρόμον
- PHP
- σχέδιο
- Πλάτων
- Πληροφορία δεδομένων Plato
- Πλάτωνα δεδομένα
- δυναμικού
- ενδεχομένως
- αρχή
- εκτύπωση
- Πρόβλημα
- διαδικασια μας
- επεξεργασία
- μεταποίηση
- παράγει
- Δάσκαλος
- προγραμματιζόμενος
- ιδιότητες
- Ακατέργαστος
- πρόσφατα
- ανάκτηση
- μείωση
- αναφέρθηκαν
- απαιτούν
- απαίτηση
- Απαιτεί
- έρευνα
- ερευνητής
- ερευνητές
- με αποτέλεσμα
- διατηρώ
- Δωμάτιο
- Είπε
- ίδιο
- SAND
- απολέπιση
- σάρωσης
- Επιστήμη
- ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ
- Επιστήμονας
- επιστήμονες
- επιλογή
- ημιαγωγός
- Ημιαγωγοί
- αρχαιότερος
- εξυπηρετούν
- σειρά
- λάμψη
- σημαντικός
- σημαντικά
- Πυρίτιο
- ενιαίας
- ΕΞΙ
- Έξι μήνες
- Μέγεθος
- Μαλακός
- ηλιακός
- λύση
- μερικοί
- Πηγή
- Πηγές
- σταθερότητα
- στοίβαξη
- Ακόμη
- κατάστημα
- δομές
- Φοιτητής
- μελετημένος
- Μελέτη
- έκπληκτος
- βιώσιμης
- σύστημα
- συστήματα
- Πάρτε
- παίρνει
- τεχνικές
- από
- ότι
- Η
- τους
- τότε
- Αυτοί
- αυτοί
- αυτό
- Ετσι
- προς την
- πήρε
- παραδοσιακός
- μεταφορά
- δύο
- τύπος
- υπό
- κατανόηση
- μοναδικός
- διαφορετικός
- χρήση
- χρησιμοποιεί
- πολύ
- ήθελε
- ήταν
- Απόβλητα
- ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας
- μήκη κύματος
- Τρόπος..
- we
- Εβδ.
- ήταν
- Ποιό
- διαδεδομένη
- θα
- με
- εντός
- χωρίς
- Εργασία
- θα
- χρόνια
- zephyrnet