28 בספטמבר 2023 (חדשות Nanowerk) מוליכים למחצה הם הלב של כמעט כל מכשיר אלקטרוני. ללא מוליכים למחצה, המחשבים שלנו לא יוכלו לעבד ולשמור נתונים; ונורות LED (דיודה פולטת אור) יאבדו את יכולתן לזרוח. אבל ייצור מוליכים למחצה דורש הרבה אנרגיה. יצירת חומרים מוליכים למחצה מחול (תחמוצת סיליקון) צורכת כמות משמעותית של אנרגיה עתירת חום, בטמפרטורות חריפות של בסביבות 2,700 מעלות פרנהייט. ותהליך הטיהור וההרכבה של כל חומרי הגלם שנכנסים לייצור מוליך למחצה יכול לקחת שבועות אם לא חודשים. חומר מוליך למחצה חדש בשם "דיו מרובה אלמנטים" יכול להפוך את התהליך הזה לפחות אינטנסיבי בחום ויותר בר-קיימא. פותח על ידי חוקרים מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי (מעבדת ברקלי) ומאוניברסיטת ברקלי, "דיו מרובה אלמנטים" הוא המוליך למחצה "האנטרופיה הגבוהה" הראשון שניתן לעבד בטמפרטורה נמוכה או בטמפרטורת החדר. פריצת הדרך דווחה לאחרונה בכתב העת טבע ("גבישים חד-גבישים בעלי אנטרופיה גבוהה של הליד פרוסקיט מיוצב על ידי כימיה עדינה").
תמונה של פרוסות סיליקון. מדעני מעבדת ברקלי פיתחו "דיו מרובה אלמנטים" - חומר מוליך למחצה חדש שיכול לאפשר גישה בת קיימא יותר לייצור מיקרואלקטרוניקה. שלא כמו סיליקון, דיו מרובה אלמנטים ניתן לעיבוד בטמפרטורת החדר. (תמונה: kynny/iStock) "הדרך המסורתית לייצור התקני מוליכים למחצה היא עתירת אנרגיה ואחד המקורות העיקריים לפליטת פחמן", אמר פיידונג יאנג, הכותב הבכיר של המחקר. יאנג הוא מדען בכיר בפקולטה בחטיבת מדעי החומרים של מעבדת ברקלי ופרופסור לכימיה ולמדעי החומרים והנדסת החומרים באוניברסיטת ברקלי. "השיטה החדשה שלנו לייצור מוליכים למחצה יכולה לסלול את הדרך לתעשיית מוליכים למחצה בת קיימא יותר." המקדמה מנצלת שתי משפחות ייחודיות של חומרים מוליכים למחצה: סגסוגות קשות עשויות מוליכים למחצה בעלי אנטרופיה גבוהה; וחומר רך וגמיש עשוי הליד גבישי פרובסקיטים. חומרים בעלי אנטרופיה גבוהים הם מוצקים העשויים מחמישה או יותר יסודות כימיים שונים שמתארכים בעצמם בפרופורציות כמעט שוות למערכת אחת. במשך שנים רבות, חוקרים רצו להשתמש בחומרים בעלי אנטרופיה גבוהה כדי לפתח חומרים מוליכים למחצה המורכבים בעצמם עם תשומות אנרגיה מינימליות. "אבל מוליכים למחצה בעלי אנטרופיה גבוהה לא נחקרו כמעט באותה מידה. העבודה שלנו יכולה לעזור להשלים באופן משמעותי את פער ההבנה הזה", אמר יושין ג'יאנג, מחבר ראשון וחוקר סטודנטים לתארים מתקדמים בקבוצת Peidong Yang עם חטיבת מדעי החומרים של מעבדת ברקלי והמחלקה לכימיה באוניברסיטת ברקלי.
תמונה פוטו-luminescent של לוגו דובי הזהב של קליפורניה הנפלטת מגבישים בודדים בעלי חמישה אלמנטים ZrSnTeHfPt תחת עירור מנורות UV. הגבישים נוצרו מ"דיו מרובה אלמנטים". הניסוי מדגים את הפוטנציאל של החומר כמכשיר LED לכיוון צבע. (תמונה: Maria Folgueras, Yuxin Jiang ו-Peidong Yang, Berkeley Lab) למרות שחומרי סגסוגת גבוהה אנטרופיה רגילים דורשים הרבה פחות אנרגיה מסיליקון לעיבוד לייצור, הם עדיין דורשים טמפרטורות גבוהות מאוד של מעל 1000 מעלות צלזיוס (או מעל 1832 מעלות פרנהייט). הגדלה של חומרים בעלי אנטרופיה גבוהה עבור ייצור בקנה מידה תעשייתי הוא מאתגר בגלל צריכת האנרגיה העצומה הזו. כדי להתגבר על מכשול זה, יאנג והצוות מינפו אז את האיכויות הייחודיות של חומר סולארי שנחקר היטב שסיקרן חוקרים במשך שנים רבות: פרוסקיטים הלידים. פרוסקיטים מעובדים בקלות מתמיסה בטמפרטורה נמוכה - מטמפרטורת החדר לסביבות 300 מעלות פרנהייט. טמפרטורות עיבוד נמוכות יותר אלו עשויות יום אחד להפחית באופן דרמטי את עלויות האנרגיה עבור יצרני מוליכים למחצה. עבור המחקר החדש, יאנג והצוות ניצלו את דרישת האנרגיה הנמוכה הזו כדי לסנתז גבישים חד-גבישים בעלי אנטרופיה הליד פרסוסקיט מתמיסה בתנאי טמפרטורת חדר או טמפרטורה נמוכה (80 מעלות צלזיוס או 176 מעלות פרנהייט).
בפתרון, דיו מרובה אלמנטים מתאסף בעצמו בטמפרטורות נמוכות למוליכים למחצה בעלי אנטרופיה גבוהה או גבישים בודדים של פרוסקיט הליד. (תמונה: Maria Folgueras, Yuxin Jiang ו-Peidong Yang, Berkeley Lab) בגלל אופי הקשר היוני שלהם, מבני גבישי הליד פרוסקיט דורשים אנרגיה נמוכה משמעותית להיווצרות בהשוואה למערכות חומר אחרות, הסביר יאנג. ניסויים במקור האור המתקדם של מעבדת ברקלי אישרו שהגבישים האוקטהדראליים והקובקטהדרליים שהתקבלו הם גבישים בודדים של הליד פרוסקיט בעלי אנטרופיה גבוהה: סט אחד עשוי מחמישה אלמנטים (SnTeReIrPt או ZrSnTeHfPt), וקבוצה אחרת העשויה משישה אלמנטים (SnPTeO or ZsPrTe). הקוטר של הגבישים הוא כ-30-100 מיקרומטר. (מיקרומטר הוא מיליארדית המטר, שזה בערך בגודל של כתם אבק.) טכניקת הטמפרטורה הנמוכה/טמפרטורת החדר מייצרת מוליכים למחצה חד-גבישיים תוך שעות מרגע ערבוב תמיסה ומשקע, הרבה יותר מהר מאשר מוליכים למחצה רגילים טכניקות ייצור. "מבחינה אינטואיטיבית, יצירת המוליכים למחצה האלה היא כמו הערמה של 'לגו' מולקולריים בצורת אוקטהדרה לתוך גבישים בודדים אוקטהדרליים גדולים יותר," אמר יאנג. "לדמיין כל אחד מה-LEGOs המולקולריים הללו יפלוט באורכי גל שונים, ניתן באופן עקרוני לעצב חומר מוליכים למחצה שיפלוט צבע שרירותי על ידי בחירת LEGO אוקטהדרלי מולקולרי שונים", הסביר. המחברים הדגימו את הרעיון הזה על ידי הדפסת לוגו של דובי הזהב של קליפורניה. יציבות בטמפרטורת הסביבה היא כבר זמן רב בעיה לקידום הליד פרוסקיטים המוכנים למסחר, אך בניסוי ספסל עבור המחקר החדש, הלידי פרוסקיט בעל אנטרופיה גבוהה "רב-אלמנטים דיו" הפתיע את צוות המחקר עם יציבות אוויר-סביבתית מרשימה של שישה חודשים לפחות.
תמונת מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של גבישים בודדים בעלי שישה אלמנטים. הגבישים נוצרים מאבני בניין של "דיו מרובה אלמנטים", המוליך למחצה בעל אנטרופיה גבוהה שניתן לעבד בטמפרטורה נמוכה או בטמפרטורת החדר. (תמונה: Maria Folgueras, Yuxin Jiang ו-Peidong Yang, Berkeley Lab) יאנג אמר שלדיו הרב-אלמנטרי יש מספר יישומים פוטנציאליים, במיוחד כ-LED המתכוונן בצבע או מכשיר תאורה אחר במצב מוצק, או כתרמו-אלקטרי לפסולת התאוששות חום. בנוסף, החומר עשוי לשמש כרכיב הניתן לתכנות בהתקן מחשוב אופטי המשתמש באור כדי להעביר או לאחסן נתונים. "הגבישים המוליכים למחצה בעלי אנטרופיה גבוהה שלנו, עם שיטות טמפרטורת החדר והטמפרטורה הנמוכה שלהם, ניתנים לשילוב במכשיר אלקטרוני מבלי להרוס את השכבות הדרושות האחרות, ובכך לאפשר עיצוב קל יותר של מכשירים אלקטרוניים ולשימוש נרחב יותר ב חומרים בעלי אנטרופיה גבוהה במכשירים אלקטרוניים", אמרה הסופרת הראשונה מריה Folgueras, סטודנטית לשעבר בקבוצת פידונג יאנג במעבדת ברקלי ובאוניברסיטת ברקלי. "אפשר לדמיין שכל אחד מה-LEGO האוקטהדרלי הזה יכול לשאת מידע 'גנטי' כלשהו, בדיוק כמו שזוגות בסיסי DNA נושאים את המידע הגנטי שלנו", אמר יאנג. "זה יהיה די מרתק אם יום אחד נוכל לקודד ולפענח את מוליכים למחצה מולקולריים של LEGO עבור יישומי מדעי המידע." בהמשך מתכננים החוקרים להמשיך ולתכנן חומרים מוליכים למחצה ברי קיימא עבור יישומי תאורה ויישומי תצוגה במצב מוצק.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63736.php
- :יש ל
- :הוא
- :לֹא
- $ למעלה
- 10
- 28
- 300
- 7
- 700
- 8
- 80
- 9
- a
- יכולת
- יכול
- אודות
- מאיצה
- תוספת
- לקדם
- מתקדם
- מתקדם
- יתרון
- תעשיות
- מאפשר
- סגסוגת
- כמעט
- למרות
- אמביינט
- כמות
- an
- ו
- אחר
- יישומים
- גישה
- בערך
- ARE
- סביב
- AS
- At
- מחבר
- מחברים
- בסיס
- BE
- דובים
- כי
- היה
- ברקלי
- אבני
- פריצת דרך
- בִּניָן
- אבל
- by
- קליפורניה
- נקרא
- CAN
- פַּחמָן
- פליטת הפחמן
- לשאת
- צֶלסִיוּס
- מרכז
- אתגר
- כימי
- כימיה
- קוד
- צֶבַע
- לעומת
- רְכִיב
- מחשבים
- מחשוב
- מושג
- תנאים
- מְאוּשָׁר
- להמשיך
- מקובל
- עלויות
- יכול
- גָבִישׁ
- נתונים
- תַאֲרִיך
- יְוֹם
- דרישה
- מופגן
- מדגים
- מַחלָקָה
- עיצוב
- תכנון
- לפתח
- מפותח
- מכשיר
- התקנים
- אחר
- לְהַצִיג
- חטיבה
- ה-DNA
- באופן דרמטי
- אָבָק
- כל אחד
- קל יותר
- בקלות
- אֶלֶקטרוֹנִי
- אלמנטים
- פליטות
- לאפשר
- אנרגיה
- הנדסה
- עֲנָקִי
- כל
- לְנַסוֹת
- ניסויים
- מוסבר
- מידה
- משפחות
- רחוק
- מקסים
- מהר יותר
- בחור
- למלא
- ראשון
- חמש
- גמיש
- בעד
- טופס
- נוצר
- לשעבר
- החל מ-
- פער
- Go
- זָהוּב
- בוגר
- קְבוּצָה
- קשה
- יש
- he
- לֵב
- לעזור
- גָבוֹהַ
- שעות
- HTTPS
- if
- תמונה
- תמונה
- מרשים
- in
- התאגדה
- בנפרד
- תעשייה
- מידע
- קלט
- תשומות
- אל תוך
- יונית
- כתב עת
- jpg
- רק
- מעבדה
- מעבדה
- גדול יותר
- לורנס
- שכבות
- הכי פחות
- הוביל
- פחות
- ממונפות
- אוֹר
- תְאוּרָה
- כמו
- סֵמֶל
- ארוך
- להפסיד
- מגרש
- נמוך
- להוריד
- עשוי
- גדול
- לעשות
- עשייה
- התעשיינים
- ייצור
- רב
- maria
- חוֹמֶר
- חומרים
- שיטה
- שיטות
- מיקרוסקופ
- אמצע
- עדין
- מינימלי
- ערבוב
- מולקולרי
- חודשים
- יותר
- לאומי
- טבע
- כמעט
- הכרחי
- חדש
- הבא
- מספר
- of
- on
- ONE
- or
- אחר
- שלנו
- יותר
- להתגבר על
- זוגות
- במיוחד
- לסלול
- PHP
- תכנית
- אפלטון
- מודיעין אפלטון
- אפלטון נתונים
- פוטנציאל
- פוטנציאל
- עקרון
- הדפסה
- בעיה
- תהליך
- מעובד
- תהליך
- ייצור
- פרופסור
- ניתן לתכנות
- תכונות
- חי
- לאחרונה
- התאוששות
- להפחית
- דווח
- לדרוש
- דרישה
- דורש
- מחקר
- חוקר
- חוקרים
- וכתוצאה מכך
- לִשְׁמוֹר
- חֶדֶר
- אמר
- אותו
- חול
- דרוג
- סריקה
- מדע
- מדעים
- מַדְעָן
- מדענים
- בחירה
- סמיקונדקטור
- סמיקונדקטורס
- לחצני מצוקה לפנסיונרים
- לשרת
- סט
- לזרוח
- משמעותי
- באופן משמעותי
- סיליקון
- יחיד
- שישה
- שישה חודשים
- מידה
- רך
- סולרי
- פִּתָרוֹן
- כמה
- מָקוֹר
- מקורות
- יציבות
- הערימה
- עוד
- חנות
- מבנים
- סטודנט
- מְחוֹשָׁב
- לימוד
- הופתע
- בר קיימא
- מערכת
- מערכות
- לקחת
- לוקח
- נבחרת
- טכניקות
- מֵאֲשֶׁר
- זֶה
- השמיים
- שֶׁלָהֶם
- אז
- אלה
- הֵם
- זֶה
- כָּך
- ל
- לקח
- מסורתי
- להעביר
- שתיים
- סוג
- תחת
- הבנה
- ייחודי
- בניגוד
- להשתמש
- שימושים
- מאוד
- רציתי
- היה
- לבזבז
- שחזור חום בזבוז
- אורכי גל
- דֶרֶך..
- we
- שבועות
- היו
- אשר
- נָפוֹץ
- יצטרך
- עם
- בתוך
- לְלֹא
- תיק עבודות
- היה
- שנים
- זפירנט