सितम्बर 28, 2023 (नानावरक न्यूज़) अर्धचालक लगभग हर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण का दिल हैं। अर्धचालकों के बिना, हमारे कंप्यूटर डेटा को संसाधित करने और बनाए रखने में सक्षम नहीं होंगे; और एलईडी (प्रकाश उत्सर्जक डायोड) लाइटबल्ब अपनी चमकने की क्षमता खो देंगे। लेकिन सेमीकंडक्टर निर्माण के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। रेत (सिलिकॉन ऑक्साइड) से अर्धचालक सामग्री बनाने में लगभग 2,700 डिग्री फ़ारेनहाइट के चिलचिलाती तापमान पर महत्वपूर्ण मात्रा में ताप-गहन ऊर्जा की खपत होती है। और सेमीकंडक्टर बनाने में लगने वाले सभी कच्चे माल को शुद्ध करने और इकट्ठा करने की प्रक्रिया में महीनों नहीं तो कई हफ्ते लग सकते हैं। "मल्टीएलिमेंट स्याही" नामक एक नई अर्धचालक सामग्री उस प्रक्रिया को काफी कम गर्मी-गहन और अधिक टिकाऊ बना सकती है। लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (बर्कले लैब) और यूसी बर्कले के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित, "मल्टीएलिमेंट स्याही" पहला "उच्च-एन्ट्रॉपी" अर्धचालक है जिसे कम तापमान या कमरे के तापमान पर संसाधित किया जा सकता है। इस सफलता की खबर हाल ही में जर्नल में छपी थी प्रकृति ("उच्च-एंट्रॉपी हैलाइड पेरोव्स्काइट एकल क्रिस्टल हल्के रसायन शास्त्र द्वारा स्थिर").
सिलिकॉन वेफर्स की छवि. बर्कले लैब के वैज्ञानिकों ने "मल्टीएलिमेंट स्याही" विकसित की है - एक नई अर्धचालक सामग्री जो माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक विनिर्माण के लिए अधिक टिकाऊ दृष्टिकोण को सक्षम कर सकती है। सिलिकॉन के विपरीत, मल्टीएलिमेंट स्याही को कमरे के तापमान पर संसाधित किया जा सकता है। (छवि: किन्नी/आईस्टॉक) अध्ययन के वरिष्ठ लेखक पीडॉन्ग यांग ने कहा, "अर्धचालक उपकरण बनाने का पारंपरिक तरीका ऊर्जा-गहन है और कार्बन उत्सर्जन के प्रमुख स्रोतों में से एक है।" यांग बर्कले लैब के सामग्री विज्ञान प्रभाग में एक संकाय वरिष्ठ वैज्ञानिक और यूसी बर्कले में रसायन विज्ञान और सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर हैं। "अर्धचालक बनाने की हमारी नई विधि अधिक टिकाऊ अर्धचालक उद्योग का मार्ग प्रशस्त कर सकती है।" अग्रिम अर्धचालक सामग्रियों के दो अद्वितीय परिवारों का लाभ उठाता है: उच्च-एन्ट्रॉपी अर्धचालकों से बने कठोर मिश्र धातु; और क्रिस्टलीय हैलाइड से बनी एक नरम, लचीली सामग्री perovskites. उच्च-एन्ट्रॉपी सामग्री पांच या अधिक विभिन्न रासायनिक तत्वों से बने ठोस होते हैं जो एक ही प्रणाली में लगभग समान अनुपात में स्वयं-इकट्ठे हो जाते हैं। कई वर्षों से, शोधकर्ता अर्धचालक सामग्री विकसित करने के लिए उच्च-एन्ट्रॉपी सामग्री का उपयोग करना चाहते हैं जो न्यूनतम ऊर्जा इनपुट के साथ स्वयं-इकट्ठी हो जाती हैं। “लेकिन उच्च-एन्ट्रॉपी अर्धचालकों का लगभग उसी सीमा तक अध्ययन नहीं किया गया है। हमारा काम समझ के उस अंतर को भरने में महत्वपूर्ण रूप से मदद कर सकता है, ”बर्कले लैब के सामग्री विज्ञान प्रभाग और यूसी बर्कले में रसायन विज्ञान विभाग के साथ पीडोंग यांग समूह में सह-प्रथम लेखक और स्नातक छात्र शोधकर्ता युक्सिन जियांग ने कहा।
यूवी लैंप उत्तेजना के तहत पांच-तत्व ZrSnTeHfPt एकल क्रिस्टल से उत्सर्जित कैलिफ़ोर्निया गोल्डन बियर लोगो की फोटोल्यूमिनसेंट छवि। क्रिस्टल "मल्टीएलिमेंट स्याही" से बने थे। प्रयोग रंग-ट्यून करने योग्य एलईडी डिवाइस के रूप में सामग्री की क्षमता को प्रदर्शित करता है। (छवि: मारिया फोल्गुएरस, युक्सिन जियांग, और पेइदोंग यांग, बर्कले लैब) हालांकि पारंपरिक उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु सामग्री को विनिर्माण के लिए प्रक्रिया करने के लिए सिलिकॉन की तुलना में बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, फिर भी उन्हें 1000 डिग्री सेल्सियस (या 1832 डिग्री से अधिक) के बहुत उच्च तापमान की आवश्यकता होती है। फ़ारेनहाइट)। इस विशाल ऊर्जा इनपुट के कारण औद्योगिक पैमाने पर विनिर्माण के लिए उच्च-एन्ट्रॉपी सामग्रियों को बढ़ाना चुनौतीपूर्ण है। इस बाधा को दूर करने के लिए, यांग और टीम ने अच्छी तरह से अध्ययन किए गए सौर सामग्री के अद्वितीय गुणों का लाभ उठाया, जिसने कई वर्षों से शोधकर्ताओं को आकर्षित किया है: हैलाइड पेरोव्स्काइट्स। पेरोव्स्काइट्स को कम तापमान पर समाधान से आसानी से संसाधित किया जाता है - कमरे के तापमान से लेकर लगभग 300 डिग्री फ़ारेनहाइट तक। ये कम प्रसंस्करण तापमान एक दिन सेमीकंडक्टर निर्माताओं के लिए ऊर्जा लागत को नाटकीय रूप से कम कर सकते हैं। नए अध्ययन के लिए, यांग और टीम ने कमरे के तापमान या कम तापमान (80 डिग्री सेल्सियस या 176 डिग्री फ़ारेनहाइट) स्थितियों के तहत एक समाधान से उच्च-एंट्रॉपी हैलाइड पर्सोव्स्काइट एकल क्रिस्टल को संश्लेषित करने के लिए इस कम ऊर्जा आवश्यकता का लाभ उठाया।
समाधान में, मल्टीएलिमेंट स्याही कम तापमान पर उच्च-एंट्रॉपी अर्धचालक या हैलाइड पेरोव्स्काइट एकल क्रिस्टल में स्व-संयोजन करती है। (छवि: मारिया फोल्गुएरस, युक्सिन जियांग, और पेइदोंग यांग, बर्कले लैब) अपनी आयनिक बंधन प्रकृति के कारण, हैलाइड पेरोव्स्काइट क्रिस्टल संरचनाओं को अन्य सामग्री प्रणालियों की तुलना में बनाने के लिए काफी कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, यांग ने समझाया। बर्कले लैब के उन्नत प्रकाश स्रोत के प्रयोगों ने पुष्टि की है कि परिणामी ऑक्टाहेड्रल और क्यूबोक्टाहेड्रल क्रिस्टल उच्च-एन्ट्रॉपी हैलाइड पेरोव्स्काइट एकल क्रिस्टल हैं: एक सेट पांच तत्वों (SnTeReIrPt या ZrSnTeHfPt) से बना है, और दूसरा सेट छह तत्वों (SnTeReOsIrPt या ZrSnTeHfRePt) से बना है। क्रिस्टल लगभग 30-100 माइक्रोमीटर व्यास के होते हैं। (एक माइक्रोमीटर एक मीटर का एक अरबवां हिस्सा है, जो धूल के एक कण के आकार के बारे में है।) कम तापमान/कमरे के तापमान वाली तकनीक एक समाधान को मिश्रित करने और अवक्षेपित करने के कुछ घंटों के भीतर एकल-क्रिस्टल अर्धचालक का उत्पादन करती है, जो पारंपरिक अर्धचालक की तुलना में कहीं अधिक तेज है। निर्माण तकनीक. "सहज रूप से, इन अर्धचालकों को बनाना अष्टफलकीय आकार के आणविक 'एलईजीओ' को बड़े अष्टफलकीय एकल क्रिस्टल में ढेर करने जैसा है," यांग ने कहा। "इनमें से प्रत्येक व्यक्तिगत आणविक एलईजीओ अलग-अलग तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जित होगा, इसकी कल्पना करते हुए, कोई व्यक्ति सैद्धांतिक रूप से एक अर्धचालक सामग्री डिजाइन कर सकता है जो विभिन्न आणविक अष्टफलकीय एलईजीओ का चयन करके एक मनमाना रंग उत्सर्जित करेगा," उन्होंने समझाया। लेखकों ने कैलिफ़ोर्निया गोल्डन बियर लोगो को मुद्रित करके इस अवधारणा का प्रदर्शन किया। व्यावसायिक रूप से तैयार हैलाइड पेरोव्स्काइट को आगे बढ़ाने के लिए परिवेश के तापमान पर स्थिरता लंबे समय से एक समस्या रही है, लेकिन नए अध्ययन के लिए एक बेंचटॉप प्रयोग में, उच्च-एंट्रॉपी "मल्टीएलिमेंट स्याही" हैलाइड पेरोव्स्काइट ने प्रभावशाली परिवेश-वायु स्थिरता के साथ अनुसंधान टीम को आश्चर्यचकित कर दिया। कम से कम छह महीने.
छह-तत्व एकल क्रिस्टल की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि। क्रिस्टल "मल्टीएलिमेंट स्याही" के निर्माण खंडों से बनते हैं, जो पहला उच्च-एन्ट्रॉपी अर्धचालक है जिसे कम तापमान या कमरे के तापमान पर संसाधित किया जा सकता है। (छवि: मारिया फोल्गुएरस, युक्सिन जियांग, और पीडॉन्ग यांग, बर्कले लैब) यांग ने कहा कि मल्टीएलिमेंट स्याही में कई संभावित अनुप्रयोग हैं, विशेष रूप से रंग-ट्यून करने योग्य एलईडी या अन्य ठोस-राज्य प्रकाश उपकरण के रूप में, या कचरे के लिए थर्मोइलेक्ट्रिक के रूप में हीट रिकवरी। इसके अलावा, सामग्री संभावित रूप से एक ऑप्टिकल कंप्यूटिंग डिवाइस में प्रोग्राम करने योग्य घटक के रूप में काम कर सकती है जो डेटा को स्थानांतरित करने या संग्रहीत करने के लिए प्रकाश का उपयोग करती है। "हमारे उच्च-एंट्रॉपी हैलाइड-पेरोव्स्काइट सेमीकंडक्टर क्रिस्टल, उनके कमरे के तापमान और निम्न-तापमान तरीकों के साथ, अन्य आवश्यक परतों को नष्ट किए बिना एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में शामिल किया जा सकता है, इस प्रकार इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के आसान डिजाइन और अधिक व्यापक उपयोग की अनुमति मिलती है। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उच्च-एन्ट्रॉपी सामग्री, ”सह-प्रथम लेखक मारिया फोल्गुएरस ने कहा, जो बर्कले लैब और यूसी बर्कले में पीडोंग यांग समूह में एक पूर्व स्नातक छात्र साथी हैं। "कोई कल्पना कर सकता है कि इनमें से प्रत्येक अष्टफलकीय लेगो कुछ प्रकार की 'आनुवंशिक' जानकारी ले जा सकता है, जैसे डीएनए बेस जोड़े हमारी आनुवंशिक जानकारी रखते हैं," यांग ने कहा। "यह काफी आकर्षक होगा यदि एक दिन हम सूचना विज्ञान अनुप्रयोगों के लिए इन आणविक लेगो अर्धचालकों को कोड और डीकोड कर सकें।" शोधकर्ताओं की अगली योजना ठोस-अवस्था प्रकाश और प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए टिकाऊ अर्धचालक सामग्रियों को डिजाइन करना जारी रखने की है।
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- स्रोत: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63736.php
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