28 сентября 2023 г. (Новости Наноуэрк) Полупроводники — сердце почти каждого электронного устройства. Без полупроводников наши компьютеры не смогли бы обрабатывать и сохранять данные; а светодиодные (светодиодные) лампочки потеряют способность светить. Но производство полупроводников требует много энергии. Формирование полупроводниковых материалов из песка (оксида кремния) требует значительного количества теплоемкой энергии при палящих температурах около 2,700 градусов по Фаренгейту. А процесс очистки и сборки всего сырья, используемого для изготовления полупроводника, может занять недели, если не месяцы. Новый полупроводниковый материал под названием «многоэлементные чернила» может сделать этот процесс значительно менее теплоемким и более устойчивым. «Многоэлементные чернила», разработанные исследователями из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) и Калифорнийского университета в Беркли, являются первым «высокоэнтропийным» полупроводником, который можно обрабатывать при низкой или комнатной температуре. О прорыве недавно сообщили в журнале природа («Высокоэнтропийные галогенидные монокристаллы перовскита, стабилизированные мягкой химией»).
Изображение кремниевых пластин. Ученые лаборатории Беркли разработали «многоэлементные чернила» — новый полупроводниковый материал, который может обеспечить более устойчивый подход к производству микроэлектроники. В отличие от кремния, многоэлементные чернила можно обрабатывать при комнатной температуре. (Изображение: kynny/iStock) «Традиционный способ изготовления полупроводниковых устройств энергозатратен и является одним из основных источников выбросов углерода», — сказал Пейдун Ян, старший автор исследования. Ян — старший научный сотрудник отдела материаловедения лаборатории Беркли и профессор химии, материаловедения и инженерии в Калифорнийском университете в Беркли. «Наш новый метод производства полупроводников может проложить путь к более устойчивой полупроводниковой промышленности». В этом прогрессе используются преимущества двух уникальных семейств полупроводниковых материалов: твердых сплавов из полупроводников с высокой энтропией; и мягкий, гибкий материал из кристаллического галогенида. перовскитами. Высокоэнтропийные материалы — это твердые тела, состоящие из пяти или более различных химических элементов, которые самособираются в почти равных пропорциях в единую систему. В течение многих лет исследователи хотели использовать материалы с высокой энтропией для разработки полупроводниковых материалов, которые самособираются с минимальными затратами энергии. «Но полупроводники с высокой энтропией изучены далеко не в такой степени. Наша работа может помочь существенно заполнить этот пробел в понимании», — сказал Юксин Цзян, соавтор и аспирант группы Пейдун Янга из отдела материаловедения лаборатории Беркли и химического факультета Калифорнийского университета в Беркли.
Фотолюминесцентное изображение логотипа California Golden Bears, излучаемое пятиэлементными монокристаллами ZrSnTeHfPt при возбуждении УФ-лампой. Кристаллы образовались из «многоэлементных чернил». Эксперимент демонстрирует потенциал материала в качестве светодиодного устройства с настройкой цвета. (Изображение: Мария Фольгерас, Юксин Цзян и Пейдун Ян, Лаборатория Беркли) Хотя обычные высокоэнтропийные сплавы требуют гораздо меньше энергии, чем кремний, для обработки при производстве, они по-прежнему требуют очень высоких температур, превышающих 1000 градусов Цельсия (или более 1832 градусов Цельсия). Фаренгейт). Масштабирование использования материалов с высокой энтропией для промышленного производства является сложной задачей из-за огромных затрат энергии. Чтобы преодолеть это препятствие, Ян и его команда затем использовали уникальные качества хорошо изученного солнечного материала, который интриговал исследователей на протяжении многих лет: галогенидных перовскитов. Перовскиты легко перерабатываются из раствора при низкой температуре — от комнатной до около 300 градусов по Фаренгейту. Эти более низкие температуры обработки однажды могут значительно снизить затраты на электроэнергию для производителей полупроводников. В новом исследовании Ян и его команда воспользовались этим более низким энергопотреблением для синтеза монокристаллов галогенидного персовскита с высокой энтропией из раствора при комнатной или низкой температуре (80 градусов по Цельсию или 176 градусов по Фаренгейту).
В растворе многоэлементные чернила при низких температурах самоорганизуются в высокоэнтропийные полупроводники или монокристаллы галогенидного перовскита. (Изображение: Мария Фольгерас, Юксин Цзян и Пейдун Ян, Лаборатория Беркли) Из-за своей природы ионных связей кристаллические структуры галогенидного перовскита требуют значительно меньше энергии для формирования по сравнению с другими материальными системами, объяснил Ян. Эксперименты в Advanced Light Source лаборатории Беркли подтвердили, что полученные октаэдрические и кубооктаэдрические кристаллы представляют собой высокоэнтропийные монокристаллы галоидного перовскита: один набор состоит из пяти элементов (SnTeReIrPt или ZrSnTeHfPt), а другой набор состоит из шести элементов (SnTeReOsIrPt или ZrSnTeHfRePt). Кристаллы имеют диаметр примерно 30-100 микрометров. (Микрометр равен одной миллиардной метра, что примерно соответствует размеру пылинки.) Метод низкой температуры/комнатной температуры позволяет производить монокристаллические полупроводники в течение нескольких часов после смешивания раствора и осаждения, что намного быстрее, чем при использовании обычных полупроводников. технологии изготовления. «Интуитивно, создание этих полупроводников похоже на сборку молекулярных «LEGO» октаэдрической формы в более крупные октаэдрические монокристаллы», — сказал Ян. «Представив, что каждый из этих отдельных молекулярных LEGO будет излучать разные длины волн, можно в принципе спроектировать полупроводниковый материал, который будет излучать произвольный цвет, выбрав разные молекулярные октаэдрические LEGO», — объяснил он. Авторы продемонстрировали эту концепцию, напечатав логотип California Golden Bears. Стабильность при температуре окружающей среды долгое время была проблемой для продвижения готовых к коммерческому использованию галогенидных перовскитов, но в лабораторном эксперименте для нового исследования высокоэнтропийный галогенидный перовскит с «многоэлементными чернилами» удивил исследовательскую группу впечатляющей стабильностью на окружающем воздухе - при температуре окружающей среды. минимум шесть месяцев.
Изображение шестиэлементных монокристаллов, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Кристаллы формируются из строительных блоков «многоэлементных чернил», первого высокоэнтропийного полупроводника, который можно обрабатывать при низкой или комнатной температуре. (Изображение: Мария Фольгерас, Юксин Цзян и Пейдун Ян, лаборатория Беркли) Ян сказал, что многоэлементные чернила имеют ряд потенциальных применений, в частности, в качестве светодиодов с настраиваемой цветностью или других твердотельных осветительных устройств, а также в качестве термоэлектрических материалов для утилизации отходов. рекуперация тепла. Кроме того, этот материал потенциально может служить программируемым компонентом оптического вычислительного устройства, использующего свет для передачи или хранения данных. «Наши высокоэнтропийные полупроводниковые кристаллы галоид-перовскит, с их методами при комнатной и при низких температурах, могут быть включены в электронное устройство без разрушения других необходимых слоев, что позволяет упростить проектирование электронных устройств и более широко использовать материалы с высокой энтропией в электронных устройствах», — сказала соавтор Мария Фольгерас, бывшая аспирантка группы Пейдонг Янга в лаборатории Беркли и Калифорнийском университете в Беркли. «Можно представить, что каждый из этих восьмигранных LEGO может нести некоторый тип «генетической» информации, точно так же, как пары оснований ДНК несут нашу генетическую информацию», — сказал Янг. «Было бы очень интересно, если бы однажды мы смогли кодировать и декодировать эти молекулярные полупроводники LEGO для приложений в области информатики». В дальнейшем исследователи планируют продолжить разработку устойчивых полупроводниковых материалов для полупроводникового освещения и дисплеев.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63736.php
- :имеет
- :является
- :нет
- $UP
- 10
- 28
- 300
- 7
- 700
- 8
- 80
- 9
- a
- способность
- в состоянии
- О нас
- ускоряющий
- дополнение
- продвижение
- продвинутый
- опережения
- плюс
- Все
- Позволяющий
- сплав
- почти
- Несмотря на то, что
- окружающий
- количество
- an
- и
- Другой
- Приложения
- подхода
- примерно
- МЫ
- около
- AS
- At
- автор
- Авторы
- Использование темпера с изогнутым основанием
- BE
- Медведи
- , так как:
- было
- Беркли
- Блоки
- прорыв
- Строительство
- но
- by
- Калифорния
- под названием
- CAN
- углерод
- выбросы углекислого газа
- нести
- Цельсия
- Центр
- сложные
- химический
- химия
- код
- цвет
- сравненный
- компонент
- компьютеры
- вычисление
- сама концепция
- Условия
- ПОДТВЕРЖДЕНО
- продолжать
- обычный
- Расходы
- может
- Crystal
- данным
- Время
- день
- Спрос
- убивают
- демонстрирует
- Кафедра
- Проект
- проектирование
- развивать
- развитый
- устройство
- Устройства
- различный
- Дисплей
- Разделение
- Г-жа
- драматично
- Пыли
- каждый
- легче
- легко
- Электронный
- элементы
- Выбросы
- включить
- энергетика
- Проект и
- огромный
- Каждая
- эксперимент
- Эксперименты
- объяснены
- степень
- семей
- далеко
- увлекательный
- быстрее
- человек
- заполнять
- Во-первых,
- 5
- гибкого
- Что касается
- форма
- сформированный
- Бывший
- от
- разрыв
- Go
- Golden
- выпускник
- группы
- Жесткий
- Есть
- he
- Сердце
- помощь
- High
- ЧАСЫ
- HTTPS
- if
- изображение
- картина
- впечатляющий
- in
- включенный
- individual
- промышленность
- информация
- вход
- затраты
- в
- ионный
- журнал
- JPG
- всего
- лаборатория
- лаборатория
- больше
- Лоренс
- слоев
- наименее
- привело
- Меньше
- заемные средства
- легкий
- Освещение
- такое как
- логотип
- Длинное
- терять
- серия
- Низкий
- ниже
- сделанный
- основной
- сделать
- Создание
- Производители
- производство
- многих
- maria
- материала
- материалы
- метод
- методы
- Микроскоп
- средняя
- мягкий
- минимальный
- Смешивание
- молекулярный
- месяцев
- БОЛЕЕ
- национальный
- природа
- почти
- необходимо
- Новые
- следующий
- номер
- of
- on
- ONE
- or
- Другое
- наши
- за
- Преодолеть
- пар
- особенно
- вымостить
- PHP
- план
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- потенциал
- потенциально
- принцип
- печать
- Проблема
- процесс
- обрабатываемых
- обработка
- производит
- Профессор
- программируемый
- качества
- Сырье
- недавно
- выздоровление
- уменьшить
- Сообщается
- требовать
- требование
- требуется
- исследованиям
- исследователь
- исследователи
- в результате
- сохранять
- Комната
- Сказал
- то же
- SAND
- масштабирование
- сканирование
- Наука
- НАУКА
- Ученый
- Ученые
- выбор
- полупроводник
- Полупроводниковые приборы
- старший
- служить
- набор
- светить
- значительный
- существенно
- кремний
- одинарной
- ШЕСТЬ
- Шесть месяцев
- Размер
- мягкая
- солнечный
- Решение
- некоторые
- Источник
- Источники
- Стабильность
- штабелирования
- По-прежнему
- магазин
- структур
- "Студент"
- учился
- Кабинет
- удивлен
- комфортного
- система
- системы
- взять
- принимает
- команда
- снижения вреда
- чем
- который
- Ассоциация
- их
- тогда
- Эти
- они
- этой
- Таким образом
- в
- приняли
- традиционный
- перевод
- два
- напишите
- под
- понимание
- созданного
- В отличие от
- использование
- использования
- очень
- стремятся
- законопроект
- Снизить отходы
- утилизация отработанного тепла
- Длины волн
- Путь..
- we
- Недели
- были
- который
- широко распространена
- будете
- в
- без
- Работа
- бы
- лет
- зефирнет